第1章超低功耗單片機(jī)

1.1超低功耗單片機(jī)概述

1.2超低功耗單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

習(xí)題

1.1超低功耗單片機(jī)概述1.1.1超低功耗單片機(jī)的概念 單片機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的。單片機(jī)又稱單片微控制器(SingleChipMicrocontroller)，它是將計(jì)算機(jī)的基本部件，如中央處理器CPU(CentralProcessingUnit)、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory)、只讀存儲(chǔ)器ROM(ReadOnlyMemory)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、I/O接口、串行接口等微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。有些單片機(jī)除了集成了以上部件外，還集成了其它功能模塊，如A/D與D/A轉(zhuǎn)換器、液晶驅(qū)動(dòng)等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)片內(nèi)集成的功能越來越強(qiáng)大，并朝著SOC(片上系統(tǒng))方向發(fā)展。

近幾年，電子產(chǎn)品的低功耗設(shè)計(jì)越來越受到人們的重視。低功耗成為單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)，一些大的單片機(jī)廠商都推出了自己的低功耗產(chǎn)品。如Intel公司的80C31系列、Atmel公司的89C51系列、Motorola公司的MC68HC05/MC68HC11系列、Philips公司的51LPC系列、Microchip公司的PIC系列等。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，為了使系統(tǒng)的功耗進(jìn)一步降低，有些廠商已經(jīng)開始研究生產(chǎn)超低功耗單片機(jī)，如TI公司的MSP430系列16位單片機(jī)和EM公司的低功耗8位FLASH單片機(jī)EM6812等。

超低功耗單片機(jī)是相對(duì)于普通單片機(jī)和低功耗單片機(jī)而言的。普通單片機(jī)的工作電壓一般是4.5～5V，而低功耗單片機(jī)的電壓工作范圍拓展到3～6V，工作電流也降到毫安級(jí)。低功耗單片機(jī)同時(shí)還具有等待和休眠方式，在休眠方式下，電流可以降到微安級(jí)，如MCS-51系列的80C51B/87C51在正常工作(5V，12MHz)時(shí)，工作電流為16mA，同樣條件等待方式下，工作電流為3.7mA，而在休眠(2V)時(shí)，工作電流僅有50μA。PIC16C5X系列單片機(jī)是美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的8位CMOS單片機(jī)，它的工作電壓為3.5～6V，運(yùn)行時(shí)工作電流小于2mA，待機(jī)時(shí)功耗電流小于10μA。超低功耗單片機(jī)是在低功耗單片機(jī)的基礎(chǔ)上，面向超低功耗應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。

超低功耗單片機(jī)耗電非常小，不論工作電壓還是工作電流，相比低功耗單片機(jī)都有了進(jìn)一步的下降，并能在低電壓下工作，采用多種節(jié)能工作模式，工作電流也從毫安級(jí)降到了微安級(jí)，一般在零點(diǎn)幾微安到幾百微安，而且可以在較低頻率下工作。比如EM公司的EM6812系列單片機(jī)可以在2～5V電壓下工作，工作頻率最低可以為32kHz，工作電流為0.16～120μA；而TI公司的MSP430X44X的工作電壓可以降到1.8V，在LPM3方式下，振蕩器處于32kHz，工作電流只有0.1～280μA。

1.1.2超低功耗單片機(jī)的特點(diǎn)

超低功耗單片機(jī)除具有普通單片機(jī)的特點(diǎn)，如工作穩(wěn)定、成本低、易于產(chǎn)品化、實(shí)現(xiàn)了控制電路的超小型化以及RAM、ROM、I/O接口、串行口、A/D等資源齊全的顯著優(yōu)點(diǎn)外，還有電壓低、功耗小以及可以低頻率運(yùn)行等一些優(yōu)點(diǎn)，適用于機(jī)電一體化設(shè)備、智能化儀器儀表以及現(xiàn)代家用電器的控制核心，如電腦控制的洗衣機(jī)、錄像機(jī)等。

超低功耗單片機(jī)的特點(diǎn)可以歸納如下：

(1)超低功耗設(shè)計(jì)。具有超低功耗是超低功耗單片機(jī)區(qū)別于普通單片機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)，超低功耗單片機(jī)耗電非常小，一般在幾百μA/MIPS(MIPS——每秒執(zhí)行百萬條指令)，工作電壓和工作電流均較低。

(2)高集成度的完全單片化設(shè)計(jì)。超低功耗單片機(jī)將很多外圍模塊集成到了MCU芯片中，增大了硬件冗余。內(nèi)部以低功耗、低電壓的原則設(shè)計(jì)，這樣的系統(tǒng)不僅功能強(qiáng)、性能可靠、成本低，而且便于進(jìn)一步微型化和便攜化。

(3)內(nèi)部電路可選擇性工作。超低功耗單片機(jī)可以通過特殊功能寄存器，選擇使用不同的功能電路，即依靠軟件選擇其中不同的外圍功能模塊，對(duì)于不使用的模塊使其停止工作，以減少無效功耗。

(4)具有高速和低速兩套時(shí)鐘。系統(tǒng)運(yùn)行頻率越高，電源功耗就會(huì)相應(yīng)增大。為了更好地降低功耗，超低功耗單片機(jī)可采用幾套獨(dú)立的時(shí)鐘源，如高速的主時(shí)鐘、低頻時(shí)鐘(如32.768kHz)和DCO片內(nèi)時(shí)鐘。其可在滿足功能需要的情況下按一定比例降低MCU主時(shí)鐘頻率，以降低電源功耗。在不需要高速運(yùn)行的情況下，可選用輔助時(shí)鐘低速運(yùn)行，進(jìn)一步降低功耗。通過軟件對(duì)相應(yīng)功能寄存器進(jìn)行設(shè)置，可改變CPU的時(shí)鐘頻率，或進(jìn)行主時(shí)鐘和輔助時(shí)鐘切換。

(5)具有多種節(jié)能工作模式。超低功耗單片機(jī)具有多種節(jié)能模式，為其功耗管理提供了極好的性能保證。

1.1.3超低功耗單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

超低功耗單片機(jī)以其卓越的性能和較高的性能價(jià)格比，使其在許多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，如對(duì)便攜式智能檢測(cè)控制儀器的開發(fā)、各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)、各種智能控制儀表的開發(fā)、各種節(jié)能裝置的開發(fā)等。超低功耗單片機(jī)也可應(yīng)用于產(chǎn)品的內(nèi)部，取代部分老式機(jī)械、電子零件或元器件，以使產(chǎn)品縮小體積，增強(qiáng)功能，實(shí)現(xiàn)不同程度的智能化。超低功耗單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，其主要的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面。

(1)工業(yè)控制方面。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它特別適用于各種控制系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等。

(2)智能儀器儀表方面。超低功耗單片機(jī)已經(jīng)開始越來越多地應(yīng)用于各種儀器儀表中，使儀器儀表的智能化程度得到了提高，硬件結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，從而提高了儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，減小了體積，提高了性能價(jià)格比。單片機(jī)在該領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅使儀器儀表發(fā)生了根本的變革，也給傳統(tǒng)儀器儀表行業(yè)的改造帶來了曙光。

(3)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)方面。超低功耗單片機(jī)中集成了通信接口，因而使其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信設(shè)備中得以廣泛應(yīng)用。其不但可以用BITBUS、CAN、以太網(wǎng)等構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還可以用于調(diào)制解調(diào)器、各種智能通信設(shè)備以及無線遙控系統(tǒng)等。

(4)日常生活方面。超低功耗單片機(jī)不但具有普通單片機(jī)的各種優(yōu)良性能，而且功耗很低，能夠省電節(jié)能，可采用電池供電，非常適合家用產(chǎn)品的開發(fā)，如水表、電表、暖氣表、家用防盜系統(tǒng)等。

1.2超低功耗單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

1.2.1微處理器MCU的選擇

1.TI公司的MSP430系列單片機(jī)

TI公司的MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)超低功耗類型的16位單片機(jī)。它采用了RISC內(nèi)核結(jié)構(gòu)，特別適合于應(yīng)用電池的場(chǎng)合或手持設(shè)備。同時(shí)，該系列單片機(jī)將大量的外圍模塊(如液晶驅(qū)動(dòng)器、看門狗、A/D轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器、模擬比較器等)集成到片內(nèi)，特別適合于設(shè)計(jì)片上系統(tǒng)。

在超低功耗方面，MSP430能夠?qū)崿F(xiàn)在1.8～3.6V電壓和1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，耗電電流(0.1～400μA之間)因不同的工作模式而不同，如在液晶顯示的條件下，其耗電只有0.8μA。MSP430在應(yīng)用中的典型情況有：在4kHz，2.2V條件下工作消耗電流為2.5μA；在1MHz，2.2V條件下工作消耗電流為280μA；在只有RAM數(shù)據(jù)保持的低功耗模式下工作消耗電流只有0.1μA。在運(yùn)算速度方面，MSP430系列單片機(jī)能在8MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)125ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度以及采用多功能的硬件乘法器(能實(shí)現(xiàn)乘加)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法，如FFT等。

2.EM單片機(jī)

EM公司推出的超低功耗單片機(jī)有EM6812、EM6603、EM6621、EM6680、EM6617、EM6540、EM6682等一系列品種。如8位的超低功耗單片機(jī)EM6812，主要在以電池供電并長(zhǎng)時(shí)間工作的產(chǎn)品中應(yīng)用，內(nèi)置的掉電檢測(cè)和電源檢測(cè)功能可確保設(shè)備工作在低電壓環(huán)境。EM6812采用的是RISC內(nèi)核結(jié)構(gòu)，執(zhí)行每條指令只需2個(gè)時(shí)鐘周期。在使用5MHz晶振時(shí)，EM6812能達(dá)到2.5MIPS的速度，并能達(dá)到2200MIPS/W，同時(shí)內(nèi)部集成了看門狗、8×8bit硬件乘法器、16個(gè)獨(dú)立可編程雙向I/O口、6個(gè)大電流輸出端口(可達(dá)到20mA)、SPI接口(軟件可編程串口)、16個(gè)內(nèi)部寄存器、4級(jí)堆棧等。

在超低功耗方面，EM6812能夠在寬電壓范圍（2.0～5.5V）內(nèi)工作，工作電流為0.16～120μA。EM6812的各參數(shù)因工作模式不同而不同，典型情況有：25℃、3V、1MHz條件下，工作電流為120μA；25℃、3V、1MHz待機(jī)模式下，當(dāng)RC振蕩器開啟時(shí)，工作電流為6μA，當(dāng)RC振蕩器關(guān)閉時(shí)，工作電流為0.8μA；25℃、1.5V、32kHz休眠模式下，工作電流為0.16μA。除此之外，EM6603的工作電壓是1.2～3.6V，在3V、32kHz條件下，工作電流為1.8μA，其內(nèi)部集成有RC振蕩器、ROM、RAM、定時(shí)器等；EM6621的工作電壓為1.2～3.6V，在3V、32kHz條件下，工作電流為2.6μA，其內(nèi)部集成有RC振蕩器、ROM、RAM、定時(shí)器、PWM、LCDDRIVER等；EM6680的工作電壓是1.2～3.6V，在3V、32kHz條件下，工作電流為4μA，其內(nèi)部集成有RC振蕩器、ROM、RAM、定時(shí)器、PWM等。

3.Motorola單片機(jī)

Motorola是世界上較大的單片機(jī)生產(chǎn)商之一，其單片機(jī)具有品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多的特點(diǎn)。它在低功耗的8位單片機(jī)中有68HC05和68HC08系列，16位機(jī)有68HC16等十多個(gè)品種，32位機(jī)有683XX系列。

HCS08系列單片機(jī)是Motorola最新的8位超低功耗單片機(jī)，其工作電壓為1.8V。HCS08系列單片機(jī)的性能與許多16位MCU相當(dāng)，但功耗很低。以HCS08GT60單片機(jī)為例，其工作電壓可以在1.8～3.6V之間選擇，有WAIT和STOP兩種低功耗模式。STOP模式可細(xì)分為STOP3、STOP2和STOP1三種，功耗依次降低。在WAIT模式下，CPU停止運(yùn)行，但其它外圍模塊并不斷電，因此系統(tǒng)隨時(shí)可以響應(yīng)各種中斷。在STOP1模式中，喚醒CPU只能通過IRQ中斷或復(fù)位信號(hào)，由于無法提供時(shí)鐘節(jié)拍，內(nèi)核的任務(wù)調(diào)度無法實(shí)現(xiàn)。而在STOP2和STOP3中，RTI都可以作為系統(tǒng)的喚醒中斷源，內(nèi)核可以使用RTI作為時(shí)鐘節(jié)拍。STOP2模式與STOP3模式相比功耗更低，但是，在STOP2模式下I/O寄存器是關(guān)閉的，必須在進(jìn)入模式之前將I/O寄存器的值保存在RAM中，而在喚醒之后再從RAM拷貝到I/O寄存器。喚醒STOP2可以使用IRQ、復(fù)位信號(hào)和RTI。在STOP3模式下，RAM和I/O寄存器內(nèi)容將保持。另外，除STOP2模式允許的喚醒中斷源外，還允許鍵盤中斷喚醒CPU。HCS08GT60的三種STOP模式如表1-1所列。

表1-1三種STOP子模式的特點(diǎn)

4.Epson單片機(jī)

Epson單片機(jī)以低電壓、低功耗和內(nèi)置LCD驅(qū)動(dòng)器為特點(diǎn)，具有較高的性價(jià)比。其低功耗產(chǎn)品包括4位、8位單片機(jī)。4位單片機(jī)更是“舍全而從?！?，從而具有更高的集成度、更低的功耗。比如，E0C60系列、E0C62系列以及E0C63系列均為4位單片機(jī)。E0C62系列單片機(jī)集成了ROM、RAM、LCD驅(qū)動(dòng)器、SVD電源電壓檢測(cè)電路、ADC單元、多功能定時(shí)器、多引腳I/O等。根據(jù)不同的用途可以選擇不同的外圍電路，制成專用單片機(jī)。以E0C6240點(diǎn)陣LCD顯示單片機(jī)為例，該機(jī)工作電壓為2.2～5.5V，工作時(shí)電流為80～1000

A，而等待時(shí)電流僅為2～2.5

A，功耗極低。

5.MICROCHIP單片機(jī)

美國(guó)微芯科技公司是全球領(lǐng)先的單片機(jī)和模擬半導(dǎo)體供應(yīng)商。其8位和16位PIC單片機(jī)系列具有高性能、低成本和封裝體積小等特點(diǎn)。8位PIC單片機(jī)采用RISC內(nèi)核，其架構(gòu)使用戶無需改變代碼或只需改變少量代碼，即可輕松地在6引腳至100引腳的各種封裝形式的單片機(jī)系列之間移植。產(chǎn)品的高級(jí)特征包括：精密的定時(shí)外設(shè)，集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，通信外設(shè)，在線串行編程技術(shù)以及包括PEEC閃存EEPROM、一次性編程(OTP)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)等在內(nèi)的存儲(chǔ)技術(shù)，且8位PIC單片機(jī)具有多種電源管理模式和較低的功耗。以PIC18F6390單片機(jī)為例，其工作電壓為2.0～5.5V。電源管理模式有運(yùn)行、空閑、休眠三種?？臻e模式時(shí)電流典型值降到5.8

A，休眠時(shí)典型值為0.1

A。

1.2.2IC器件的選擇

作為一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，如果想要整個(gè)系統(tǒng)的功耗都得以降低，單靠單片機(jī)本身并不能完成，其外圍元器件的選擇也相當(dāng)重要。現(xiàn)在各大IC生產(chǎn)廠商幾乎都在這類產(chǎn)品上有所發(fā)展。在模擬電路方面，在滿足其性能要求的同時(shí)，盡量選用與單片機(jī)工作電源相匹配的低電源產(chǎn)品以及專為超低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的器件，如超低功耗電源、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、放大器和存儲(chǔ)器等。而顯示屏自然也要選那些低電源電壓和低功耗的液晶顯示屏。

超低功耗單片機(jī)需要的電源范圍一般為1.2～3.3V，生產(chǎn)超低功耗電源的廠家很多，有Holtek公司、Telcom公司等。為了滿足超低功耗單片機(jī)的電源需要，可采用電壓變換器。電壓變換器可分為升壓式DC-DC變換器和降壓式DC-DC變換器。超低功耗A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的生產(chǎn)廠家主要有MAXIM公司、AD公司等，其主要產(chǎn)品有MAX1277/9、MAX1070/1、ADS1216和MAX520、AD5300、DAC8541等。它們的工作電壓基本上都在2.7～3.6V。

運(yùn)算放大器的選擇需要多方面的綜合考慮。如為了保持低消耗電流，必須選擇具有兆歐(MΩ)級(jí)阻值的反饋網(wǎng)絡(luò)電阻器，這就有可能影響放大級(jí)的噪聲和準(zhǔn)確度指標(biāo)。同時(shí)，超低供電電流放大器的運(yùn)算速度一般都非常慢(低帶寬)，僅適合于速度較慢的信號(hào)，為了獲得較大的帶寬，就需要消耗更多的功率。在現(xiàn)有的運(yùn)算放大器當(dāng)中，當(dāng)靜態(tài)電流給定后，可獲得的帶寬是存在著顯著的差異的，在選擇時(shí)要引起注意。由于其功耗很低，所以輸出電流受到限制，從而導(dǎo)致其容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力下降。另外，極低功耗運(yùn)算放大器的噪聲電平較高，因而極大地限制了其在高精度應(yīng)用中的推廣使用。為了降低功耗，使用中可采取啟動(dòng)(停機(jī))功能來開啟和關(guān)斷放大器。

常用的低電壓低功耗的靜態(tài)程序存儲(chǔ)器有很多，有靜態(tài)存儲(chǔ)器NVRAM、FRAM、FLASH，以及Cypress公司的CY62XXXX系列、HOLTEK公司的非揮發(fā)存儲(chǔ)器OTPEPROM系列、3-WireEEPROM系列、I2CEEPROM系列等。其中，靜態(tài)存儲(chǔ)器NVRAM具有掉電保存功能，采用單5V或者3V供電，功耗小于5mW，微功耗型電流小于20μA，常用的有DCM系列、HK系列和BS系列等。新型超低功耗存儲(chǔ)器FRAM具有掉電數(shù)據(jù)保存、讀寫速度快、超低功耗、擦寫次數(shù)幾乎無限等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)這類存儲(chǔ)器的廠商很多，有Ramtron、Motorola、TI、松下、夏普和NEC等公司。

對(duì)于數(shù)字電路，一般都選HCMOS器件。僅從功耗角度考慮，對(duì)于74系列芯片，可選用74HC或74HCT系列。后者為74LS系列的每門功耗的百分之幾或千分之幾。對(duì)于4000系列芯片也可選用HC或HCT系列，各種電路和器件的參數(shù)如表1-2所示。MAXIM公司的比較器MAX987/991，Philips公司的PCF8574、PCF8563系列，ATMEL公司的24WC系列I2C器件等都是μA級(jí)產(chǎn)品。

表1-2各種電路和器件的參數(shù)

1.2.3供電管理硬件設(shè)計(jì)

降低單片機(jī)的供電電壓可以有效地降低其功耗。當(dāng)前，單片機(jī)從與TTL兼容的5V供電降低到了3.3V、3V、2V乃至1.8V。供電電壓的下降，主要?dú)w功于半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，從原來的3μm工藝到現(xiàn)在的0.25μm、0.18μm、0.13μm工藝，CMOS電路的門限電平閥值不斷降低。低電壓供電可以大大降低系統(tǒng)的工作電流，但是由于晶體管的尺寸不斷減小，晶體管的漏電流有增大的趨勢(shì)，這也是對(duì)降低功耗不利的一個(gè)方面。在采用單電池電源時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)多分支電源網(wǎng)絡(luò)管理，使得系統(tǒng)各功能模塊的電源相對(duì)獨(dú)立地供電，在不工作時(shí)可以分別斷電，以節(jié)省功耗。

在供電控制方式中的總線電源開關(guān)應(yīng)選擇一些具有導(dǎo)通電阻小、靜態(tài)功耗小、開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)電流小的器件，如可選擇MOSFET。同時(shí)還應(yīng)選擇具有可關(guān)斷的DC-DC模塊或電源總線開關(guān)。這樣可以利用微機(jī)做到實(shí)時(shí)關(guān)斷控制，有利于獨(dú)立供電支路功耗的管理。

在電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中電源泄漏電流進(jìn)行檢查，其中包括系統(tǒng)電源泄漏、RC泄漏、分布電路泄漏、保護(hù)電路泄漏、意外泄漏以及電源關(guān)斷的防泄漏等。同時(shí)還須耐心地進(jìn)行靜態(tài)運(yùn)行的全功耗測(cè)定與比較，切實(shí)把系統(tǒng)功耗降到最低。除此以外，還有其它一些應(yīng)注意的問題，如減少電路的分布電容，在正常工作的情況下最大限度地加大各通路的阻抗等。

1.2.4系統(tǒng)超低功耗的運(yùn)行管理

系統(tǒng)超低功耗的運(yùn)行管理指的是利用軟件進(jìn)行管理。結(jié)合硬件的設(shè)計(jì)，應(yīng)消除程序的無謂循環(huán)等待。超低功耗單片機(jī)都設(shè)有低功耗模式，即系統(tǒng)的等待和休眠模式。而各種低功耗模式又可以通過中斷方式回到活動(dòng)模式。處于這類模式下的單片機(jī)功耗將大大小于運(yùn)行模式下的功耗。當(dāng)系統(tǒng)不工作時(shí)，應(yīng)使單片機(jī)及時(shí)進(jìn)入低功耗模式?？蛇x擇關(guān)斷CPU時(shí)鐘或系統(tǒng)時(shí)鐘，對(duì)時(shí)鐘的控制要做到忙時(shí)多用、閑時(shí)少用、不用關(guān)閉的原則。對(duì)于外圍電路，可通過SHDN(關(guān)斷)控制其工作時(shí)間。單片機(jī)內(nèi)部的總電流消耗可分為運(yùn)行電流和漏電流兩部分。理想的CMOS開關(guān)電路在保持輸出狀態(tài)不變時(shí)是不消耗功率的。運(yùn)行電流幾乎是和單片機(jī)的時(shí)鐘頻率成正比的，因此，盡量降低系統(tǒng)時(shí)鐘的運(yùn)行頻率可以有效地降低系統(tǒng)功耗。有以下幾點(diǎn)值得注意：

選擇盡可能低的工作頻率作為系統(tǒng)時(shí)鐘和信號(hào)頻率。

對(duì)電路中的其它用電模塊進(jìn)行電源管理，結(jié)合硬件中外圍模塊的低功耗控制功能，分別利用軟件控制外圍模塊電源的開啟和導(dǎo)通，即根據(jù)工作需要接通相應(yīng)模塊的電源。例如，對(duì)于串行通信程序，不用反復(fù)檢查中斷標(biāo)志位等待收發(fā)結(jié)束的方法，而應(yīng)采用臨時(shí)喚醒CPU開中斷進(jìn)行通信，結(jié)束通信后立即切斷電源。

對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換程序，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后不必等待，而應(yīng)進(jìn)入外部中斷的待機(jī)方式，由轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷信號(hào)喚醒CPU。

對(duì)于顯示器件，顯示程序最好采用靜態(tài)顯示方式，而不宜采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。顯示過后，可以關(guān)掉顯示，甚至關(guān)掉顯示模塊的振蕩時(shí)鐘。

對(duì)于可程控的數(shù)字量輸出的IC管腳，因?yàn)樾杩紤]驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，負(fù)載常接正電源，所以在不工作時(shí)，這些管腳要盡量控制輸出為高電平。

1.2.5軟件設(shè)計(jì)

采用單片機(jī)作為控制部件時(shí)，會(huì)存在低功耗軟件設(shè)計(jì)問題。利用單片機(jī)的智能特性，就是盡量用軟件替代硬件。這樣不僅簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，而且對(duì)降低功耗也起到了重要的作用。利用單片機(jī)提供的閑置、掉電工作方式，可盡量避免循環(huán)、查詢、動(dòng)態(tài)掃描等工作。單片機(jī)進(jìn)入“節(jié)電”工作方式時(shí)，CPU被凍結(jié)，不執(zhí)行程序，只有中斷系統(tǒng)、定時(shí)器和外部接口(如串行通信口、數(shù)據(jù)采集口等)仍在工作，而這些外部接口可在單片機(jī)進(jìn)入“節(jié)電”方式前將它們的電源關(guān)閉，這樣整個(gè)系統(tǒng)的功耗可降到正常工作的幾百分之一，節(jié)能效果非常理想。

低功耗軟件設(shè)計(jì)包括下面的內(nèi)容：

(1)延時(shí)子程序用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)。

(2)采用鍵盤掃描方式時(shí)，掃描程序可以納入外部中斷服務(wù)程序。

(3)盡量減少CPU抗干擾中的冗余指令及軟件陷阱，散轉(zhuǎn)程序中的逐次比較法等最好不要采用。

(4)單片機(jī)的看門狗功能與電壓偵測(cè)功能往往要消耗不少的電流，應(yīng)盡量取消這類功能，尤其是進(jìn)入低功耗狀態(tài)之前，一定要注意這類功能狀態(tài)的設(shè)置。

(5)用“中斷”代替“查詢”。一個(gè)程序使用中斷方式還是查詢方式對(duì)于一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用并不那么重要，但在其低功耗特性上卻相去甚遠(yuǎn)。當(dāng)