黄网站免费现在看_2021日韩欧美一级黄片_天天看视频完全免费_98色婷婷在线

低溫18650 3500
無磁低溫18650 2200
過針刺低溫18650 2200
低溫磷酸3.2V 20Ah
21年專注鋰電池定制

如何延長微控制器設(shè)備的電池壽命

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1086次  |  2020年05月31日  

電池供電設(shè)備,不管是電動(dòng)牙刷、剃須刀、手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(pDA)、Mp3播放器,還是手無法夠到的遙控設(shè)備,都成為人們?nèi)粘I畹囊徊糠?。因此,電源管理?duì)當(dāng)今的嵌入式設(shè)計(jì)工程師來說是一件相當(dāng)重要的的事。普遍存在的微控制器在許多設(shè)備的應(yīng)用中為設(shè)計(jì)工程師供應(yīng)了大量管理電源要求的方法。不同種類的MCU自身就擁有一系列節(jié)省電流消耗及許多節(jié)能特性。但是,在基于微控制器的設(shè)計(jì)中,對(duì)電源的管理不僅僅是選擇一個(gè)正確的微控制器這么簡單。


電源管理同樣也要最有效地使用MCU自身的降低電流消耗及節(jié)能特性的發(fā)展策略。在系統(tǒng)層面上,即使你所選擇的MCU是獨(dú)立的,同樣能夠使用許多策略來進(jìn)一步延長您的應(yīng)用設(shè)備的電池壽命。


應(yīng)用實(shí)例:無線自行車?yán)锍瘫?/p>

接下來,我們將以無線自行車?yán)锍瘫頌槔瑏碚故居行У碾娫垂芾?。該里程表由三部分模塊組成:一個(gè)位于車把上的控制面板,一個(gè)位于車輪中的速度傳感器及一個(gè)位于騎車者頭盔上的顯示器。


速度傳感器將自行車的轉(zhuǎn)速反饋給控制面板,控制面板則計(jì)算諸如:行車速度、行車?yán)锍獭⑿熊嚂r(shí)間及能量消耗此類信息,并將計(jì)算好的信息傳達(dá)給顯示器。下方圖1為一個(gè)自行車?yán)锍瘫砜刂泼姘宓姆娇驁D。


圖1:無線自行車?yán)锍瘫砜刂泼姘宸娇驁D,顯示了當(dāng)今MCU不斷增強(qiáng)的電源管理特性。


低功耗模式數(shù)量的新增


MCU幾何形狀趨小型化,以減小芯片面積,這會(huì)導(dǎo)致晶體管無法承受3V或3V以上電壓的直接用途。因此,就要在內(nèi)部邏輯中使用電壓調(diào)整器來降低電壓。


遺憾的是,這些電壓調(diào)整器會(huì)加大MCU的電流消耗。但是,由于功率大小等于電壓乘以電流,因此一個(gè)帶有調(diào)整器的1.8V至3V的系統(tǒng)功耗仍比一個(gè)不帶調(diào)整器的5V的系統(tǒng)功耗要低。


MCU很強(qiáng)地依賴于電源管理模式,在降低整體的工作電流的同時(shí)仍能支持調(diào)節(jié)電源和加快時(shí)鐘速度。新型MCU能夠供應(yīng)許多低功耗模式來滿足這些要求,同時(shí)保持系統(tǒng)靈活性。飛思卡爾公司的MC9S08GB60MCU有四種低功耗模式:深度停止?fàn)顟B(tài)(stop1)、中度停止?fàn)顟B(tài)(stop2)、輕度停止?fàn)顟B(tài)(stop3)和等待模式。


在等待模式下,通過關(guān)閉CpU時(shí)鐘來降低功耗,但是系統(tǒng)時(shí)鐘由其它MCU外設(shè)來支持工作,如:模-數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換器、計(jì)時(shí)器或串行通信模塊。該模式在外設(shè)要工作的情況下用于降低功耗是相當(dāng)有效的,但是CpU在外設(shè)完成任務(wù)之前不能工作。


在我們的例子中,等待模式在串行外設(shè)接口(SpI)用于與射頻(RF)收發(fā)器通信情況下使用。


要想更進(jìn)一步降低功耗,可使用三種停止模式。Stop1、Stop2、Stop3分別供應(yīng)不同級(jí)別的降低功耗操作。


Stop3是三種停止模式中功能性最強(qiáng)的一個(gè)。在Stop3模式下,片上電壓調(diào)整器處于省電模式,但仍能供應(yīng)最低限度的調(diào)節(jié)來保留隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)和輸入/輸出(I/O)寄存器的內(nèi)容。幾個(gè)中斷源和復(fù)位能夠?qū)CU從Stop3模式下喚醒。Stop3是三種停止模式中唯一一個(gè)低電壓抑制(LVI)模塊和晶振仍能工作的模式。


在我們的例子中,在從速度傳感器讀取速度值之間的一段時(shí)間里,MCU處于等待狀態(tài),此時(shí)可使用Stop3模式。Stop3模式下工作的實(shí)時(shí)接口(RTI)功能可用于及時(shí)喚醒MCU以進(jìn)行下次讀取。


Stop2的功能性較之Stop3要弱些,但其功耗更低。在Stop2模式下,電壓調(diào)整器處于節(jié)電(powereddown)狀態(tài)。但是,RAM內(nèi)容仍然保存著。I/O寄存器也處于節(jié)電狀態(tài),并且當(dāng)它從停止模式被喚醒時(shí)要進(jìn)行重新配置。在Stop2中,能夠喚醒MCU的中斷源更少,但是仍具有RTI功能?;氐轿覀兊睦又衼砜?,Stop2可取代Stop3來更進(jìn)一步降低功耗。由于該模式下RTI功能和RAM仍在工作,所以速度讀取之間的時(shí)間仍可被測得。


Stop1是MCU中功耗最低的模式。在該模式下,電壓調(diào)整器及所有外設(shè)、CpU、RAM和I/O都完全進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。只有復(fù)位和IRQ中斷腳能夠喚醒MCU。當(dāng)MCU能夠進(jìn)入節(jié)電狀態(tài),但在外部激勵(lì)下,如按下按鈕的情況下仍需做出反應(yīng)時(shí)可用Stop1模式。


在自行車?yán)锍瘫磉@個(gè)例子中,當(dāng)里程表處于節(jié)電狀態(tài)時(shí)可進(jìn)入Stop1模式。節(jié)電狀態(tài)下的Stop1模式是MCU中可能存在的功耗最小的模式,而不需從芯片上切斷電源。為何不從芯片上將電源徹底切斷呢?因?yàn)閺男酒锨袛嚯娫匆褂靡粋€(gè)更為昂貴的撥動(dòng)開關(guān)。


同樣的,MCU可使用一個(gè)與中斷腳相連的按鈕開關(guān)來實(shí)現(xiàn)許多不同的用途。這些不同的用途取決于系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)。因此,Stop1模式能夠保持設(shè)計(jì)簡單、成本低廉、并且?guī)缀醪幌碾娏?,堪稱完美。


時(shí)鐘管理


許多設(shè)計(jì)師將低功耗與低時(shí)鐘頻率等同起來。而事實(shí)上,根據(jù)MCU正在進(jìn)行的不同操作及MCU可使用何種低功耗模式,以最高的速度工作事實(shí)上能夠降低功耗。


假如MCU擁有一個(gè)有效的低功耗模式,那么使它最長時(shí)間地處于該模式下能夠最大限度地降低功耗。因此,假如CpU在返回睡眠模式之前要執(zhí)行代碼,那么以可能的最高速度完成代碼執(zhí)行,然后返回低功耗模式比持續(xù)以低速度工作消耗的電流少。


讓我們?cè)賮砜纯醋孕熊嚴(yán)锍瘫磉@個(gè)例子,假設(shè)控制面板每秒鐘更新速度一次,并且要循環(huán)16,000個(gè)總線周期來計(jì)算數(shù)據(jù)并在顯示器上顯示出來。由典型的32kHz晶體工作,并且假設(shè)有一個(gè)普通的一分為二的總線時(shí)鐘,我們就能夠擁有16KHz的總線,在這種情況下,要使用整整一秒鐘來完成計(jì)算。


現(xiàn)在,假如我們可以使用8MHz的總線時(shí)鐘,就可以僅花費(fèi)2毫秒來完成計(jì)算,剩余的998毫秒可處于低功耗模式下。


當(dāng)然,并非MCU須執(zhí)行的每項(xiàng)任務(wù)都會(huì)得益于高速性能。在我們的例子中,假如數(shù)據(jù)速度相當(dāng)?shù)穆?,無線通信所需的時(shí)間可能不要8MHz的總線速率。因此,在這種情況下,要想將功耗最小化,我們就應(yīng)該盡可能慢地運(yùn)行MCU,直至無線通信結(jié)束。


因此,我們要一個(gè)時(shí)鐘靈活的MCU,如飛思卡爾公司的MC9S08GB60MCU。擁有該設(shè)備,您可以使用高頻晶體、低頻晶體或內(nèi)部振蕩器。


擁有任一此類時(shí)鐘源,就可以隨意地使用片上頻率鎖定環(huán)(FLL)使總線速度成倍地升高或降低,來滿足任務(wù)需求并且使功耗達(dá)到最小化。圖2為自行車?yán)锍瘫砝又胁煌僮髂J较鹿牡母淖兦闆r。


圖2:在自行車?yán)锍瘫砝又校绾瓮ㄟ^高活性短脈沖及時(shí)間更長的非活性低功耗模式之間的轉(zhuǎn)化來進(jìn)行電源管理的圖。

鉅大鋰電,22年專注鋰電池定制

鉅大核心技術(shù)能力