單片機的休眠模式

休眠模式可以使應用程序關閉mcu 中沒有使用的模塊，從而降低功耗。avr 具有不同的休眠模式，允許用戶根據(jù)自己的應用要求實施剪裁。atmega48單片機具有五種休眠模式：空閑模式、adc?噪聲抑制模式、掉電模式、省電模式和等待模式。使用內(nèi)部128 kHz?rc 振蕩器，其工作電流見表2。在此以空閑模式為例說明如何根據(jù)需要選擇最低功耗的運行模式。因為這種休眠模式只停止clkcpu 和clkflash，而其他時鐘繼續(xù)工作。所以當用sleep指令使mcu進入空閑模式時，cpu停止運行，而 usart、模擬比較器、adc、兩線串行接口、定時器/ 計數(shù)器、看門狗和中斷系統(tǒng)則繼續(xù)工作。如果我們只需要其中一種或幾種模塊運行，還可以啟用功耗抑制寄存器關閉其他模塊來降低功耗。具體程序如下：

ldi r16,$e7

sts prr,r16 ;關閉未用外設

ldi r16,$01

out smcr,r16 ;進入掉電模式

wait:

sleep

nop

rjmp wait

值得注意的是在休眠模式，要使端口引腳配置為最小的功耗模式，必須避免引腳懸空和防止模擬輸入電平接近vCC/2時以消耗太多的電流。當引腳未被使用，將引腳配置為輸入，并使能內(nèi)部上拉，給引腳一個確定的電平。

電源電壓的選擇

CMOS?邏輯電路中的電流與電源電壓成正比，功耗與電源電壓的平方成正比，因此降低器件的供電電壓可以減小功耗。芯片所要求的電源電壓為1.8-5.5v。由于供電電壓與芯片能工作的最大頻率有關聯(lián)，因此應在頻率滿足處理速度的要求下，盡可能采用低的電源電壓。

表1 各種工作模式的典型供電電流值

典型設計

圖3是以atmega48為核心的定時控制系統(tǒng)框圖。該系統(tǒng)是油井工具投放機的控制部分。設備勻速從地面向下投放，延時時間控制設備投放的深度。延時時間一到，電機馬上啟動，使設備投放機停止運行。延時時間由多圈線位器設定。設定值經(jīng)內(nèi)部ad轉(zhuǎn)換后，在液晶上顯示。液晶采用北京青云公司的lcm061a模塊。該液晶能在2.7v-5.2v內(nèi)工作，且工作電流小。為了加強驅(qū)動能力，pb1、pb2并聯(lián)使用，并通過tip122直接驅(qū)動直流電機?？紤]到系統(tǒng)時鐘越低，功耗越低，并結(jié)合本系統(tǒng)的實際功能要求，時鐘源采用內(nèi)部128k低頻時鐘。在2節(jié)500ma可充電電池供電的情況下，系統(tǒng)能可靠的運行14天。

圖3定時控制系統(tǒng)框圖

圖4 主程序流程圖

主程序流程圖如圖4所示。在主程序中，在程序初始化時，關閉未用到的外設模塊，避免消耗過多的電流。io口初始化時，pd口為輸入口，使能內(nèi)部上拉。所有懸空的io口都使能內(nèi)部上拉，使之有確定的電平。當檢測到有按鍵按下時，單片機禁用對應io口的內(nèi)部上拉，避免內(nèi)部上拉電阻消耗不必要的電流。(atmega48的引腳上拉電阻為30k~60k之間。)

在單片機完成初始化后，單片機進入空閑模式，cpu停止運行，定時器/ 計數(shù)器和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。此時，實測消耗電流為0.14ma。當定時時間一到，cpu即被喚醒，執(zhí)行響應的程序后繼續(xù)進入空閑模式。

結(jié)語

本文介紹了atmega48單片機低功耗特性，并通過具體實例，說明了在硬件電路設計和編制程序時，應注意的問題和低功耗設計方法，具有一定的參考價值。