Резюме: В тази лекция описва микроконтролера ниски режими за захранване, както и структурата и организацията на такова дъщерно хардуер като часовници, контрол на напрежението верига, наблюдаващи таймери и допълнителни микроконтролер модули.

4.7. Намаляване разхода на енергия на базата на МК системи

Малка консумация на енергия често е определящ фактор при избора на метод за осъществяване на цифрова система за контрол. Модерен MK даде на потребителите повече възможности от гледна точка на спестяване на енергия и да имат, като правило, на следните основни режими:

• активен режим (Режим Run) - основния режим на КН. В този режим, УД изпълнява работна програма и на разположение всичките си ресурси. Консумация на енергия е максимално PRUN. Повечето съвременни MK извършва в CMOS технология, така че потреблението на електроенергия в активен режим е силно зависимо от часовника;
• Режим на готовност (режим Изчакайте, режим на готовност или в режим Прекъсване). Този режим спира на процесора, но продължи да работи периферни устройства, който контролира състоянието на контрол обект. Ако е необходимо, сигналите от периферните блокове съединяващи КН към активен режим и операционната програма генерира необходимата обратна връзка за контрол. Превод MK от режим на готовност в работен режим с прекъсване от външни източници или периферни устройства, или възстановяване MC. Режимът на МК PWAIT консумация на енергия режим е намалена в сравнение с активния режим в 5 ... 10 пъти;
• режим (режим на спиране, режим на заспиване или спиране на захранването) да спре. В този режим, тя се изключва, тъй като процесора и повечето периферни устройства. MK преход от място до нормална работа е възможно, като правило, само за прекъсване от външни източници, или след доставката на сигнала за нулиране. В стоп режим, консумацията на енергия MC PSTOP намалена в сравнение с активния режим от около три порядъка, и е на няколко микровата.

Последните два режима се нарича хибернация. Минимизиране система енергийната консумация на МС се постига чрез оптимизиране на консумацията на мощност на КН в активен режим, както и използването на режима на ниска мощност. Трябва да се има предвид, че режим на готовност и да се спре различава значително време преход от ниска мощност режима на активен режим. Изход от режим на готовност обикновено се случва в рамките на 3 ... 5 периоди MK синхронизация, а изходния сигнал на режим стоп е няколко хиляди периоди за синхронизация. В допълнение към намаляването на системата преход значима динамика на работа в активен режим предизвиква допълнителна консумация на енергия.

MK консумация на енергия в активен режим е един от най-важните характеристики на контролера. Това до голяма степен зависи от захранващото напрежение и тактова честота IC на.

В зависимост от диапазона на захранващото напрежение на всички МС може да бъде разделена на три основни групи:

• MC с напрежение 5.0 V ± 10%. Те са MC, като правило, за да служи на устройствата захранва промишлени или битови мрежа, са разработили функции и високо ниво на консумация на енергия.
• MK с разширен обхват на захранващи напрежения: 2.0 ... 3.0 V до 5.0-7.0 V. MK тази група може да работи в устройство като мрежа, както и самостоятелно захранване.
• MK ниско напрежение: 1.8 до 3 V. Това IC, предназначени за използване в устройства с батерии и осигурява енергийно ефективни батерии.

консумация на ток зависимост от захранващото напрежение е почти право пропорционално на МС. Поради това захранващото напрежение пада много значително намалява консумацията на мощност на КН. Въпреки това, той трябва да се има предвид, че за много хора на МК с намаляване вида на захранващото напрежение намалява максимално допустимото тактова честота, който е печалба в консумацията на енергия, придружено от спад в производителността на системата.

Повечето съвременни MK извършва в CMOS технология, така че потреблението на електроенергия в активен режим PRUN почти право пропорционално на честотата на часовника. Ето защо, избор на тактова честота. не трябва да се стреми да ограничи високата скорост IC за задачи, които не го изискват. Често определящият фактор е резолюцията на измервателните устройства или формиращи времеви интервали на базата на таймер или скорост на предаване на данни на серийна връзка.

В най-модерния MK използва статични CMOS технология, така че те са в състояние да работи на произволно ниски честоти часовник до нула. Така получените референтни данни сочат, че минималната честота часовник е равна на DC (прав ток). Това означава, че е възможно да се използват КН, стъпка по стъпка, например, за отстраняване на грешки. MK консумация на енергия при ниски честоти часовник обикновено отразява текущата стойност на потреблението на FOSC = 32768 Hz (часовник кристал).

4.8. Часовник генератори MK

Модерен MK съдържа вградени часовници. което изисква минимални външни компоненти на времето. На практика съществуват три основни начина за определяне на осцилатор часовник честота: с помощта на кварцов резонатор, керамичен резонатор и външен RC-верига.

Типични верига, свързваща кварц или керамичен резонатор е показано на фиг. 4.9a.

Фиг. 4.9. Тактовата използване кварц или керамични резонатори (а) и (б) RC-верига.

Кристал или керамичен резонатор е свързан XTAL1 на Q терминали и XTAL2. които обикновено са на входа и изхода на усилвателя на обръщане. Оценки на кондензатори С1 и С2 са определени от производителя за определен MK резонатор честота. Понякога е необходимо да се включи резистор от порядъка на няколко megohms между терминали XTAL1 и XTAL2 за стабилна работа на генератора.

С помощта на кварцов резонатор осигурява висока точност и стабилност на тактова честота на честота (вариация на кварцов резонатор обикновено е по-малко от 0.01%). Това се изисква ниво на точност, за да се гарантира точен часовник в реално време работи или взаимодействие с други устройства. Основните недостатъци на кварцов резонатор са неговата ниска механична якост (по-висока крехкост) и относително високи разходи.

Когато по-малко строги изисквания за стабилност на часовника е възможно да се използват по-устойчиви на удар зареждане керамични резонатори. Много керамични резонатори са интегрирани кондензатори, което намалява броя на външни компоненти, свързани от три на един. Керамични резонатори са от порядъка на няколко десети от процента разсейване на честотите (обикновено около 0.5%).

Най-евтиният начин на референтния часовник MC е използването на външен RC-верига, както е показано на фиг. 4.9b. Външно RC-верига не предоставя справка часовник точност честота (честота вариант може да бъде до десетки процента). Това е неприемливо за много приложения, където се изискват точно изчисление на времето. Въпреки това, има много приложения, където референтната честота прецизен часовник няма значение.

Зависимостта на часовника MC от номиналната RC-верига зависи от конкретното изпълнение на вътрешния осцилатор и се задвижва чрез прилагане на ръчно управление.

Почти всички MK могат да се задействат от външен източник часовник. който е свързан с вътрешния усилвател вход XTAL1. С помощта на външен генератор часовник може да се зададе всеки тактова честота MC (в работния обхват) и да осигури синхронна работа на няколко устройства.

Някои модерен MK съдържат вграден RC или пръстен осцилатори, което позволява на администратора да работи без външни схеми за синхронизация. Работете вътрешна честота обикновено е разрешен чрез програмирането на съответния бит на конфигурация регистър IC.

Повечето модели МК честота на елемент за синхронизация (резонатор или RC-верига) и честота fBUS часовник неподвижно свързан комплексно съотношение делител на честота разделение. Следователно, честотата на промяна в софтуера не е възможно. Въпреки това, броят на последните MCU (например, фирмата HC08 Моторола) са съставени на принципа на честотен синтезатор на основата на часовника схема с фиксирана фаза линия (PLL - фаза заключване контур). Тази схема работи като честота множител и позволява да се определи тактова честота на ниска честота кварцов резонатор, което намалява нивото на електромагнитно лъчение MC. факторите, разделението на PLL схема могат да бъдат променяни от софтуер, като по този начин намаляване на тактова честота (а оттам и консумация на енергия) в интервалите от време, когато не се изисква висока производителност.

В някои компании MC Atmel AVR контролер семейство тактова честота, определена от вътрешния RC-верига също може да бъде променена от софтуер.