淺談單片機(jī)低功耗處理

一、什么是低功耗處理

我們?cè)谘邪l(fā)電子產(chǎn)品的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)涉及到功耗的問題。因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品肯定是要供電的，供電的方式最常用的幾種是：220V交流直插供電、用直流適配器供電和電池供電。無論是哪種供電方式，只要用到單片機(jī)，最終都是要轉(zhuǎn)成低壓直流給單片機(jī)供電的。而單片機(jī)如果不做好低功耗處理的話，電量的消耗會(huì)大很多，續(xù)航能力也會(huì)大大縮短。如果是220V或者適配器供電，那還好點(diǎn)，最多是電費(fèi)多一點(diǎn)，而如果是用電池供電的，續(xù)航能力差的話就需要頻繁更換電池。像煙霧報(bào)警，紅外報(bào)警，智能門鎖這些產(chǎn)品，一般都是用電池供電的，因?yàn)槭褂煤陀|發(fā)的頻率不是很高，安裝的位置也不適合用適配器供電。這個(gè)時(shí)候，低功耗處理就顯得尤為重要了。

而功耗雖然指的是功率，但是我們常常用電流去衡量，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的工作電壓是有范圍的，因此，正常工作的情況下，電壓是基本固定的，而在相同的電壓下，電流的大小直接決定了功耗的大小，電流越大功耗就越大。因此，我們做低功耗處理最終的目標(biāo)就是要把電流降下來。

再說一些題外話，很多電子產(chǎn)品，特別是那種不是一直在高速工作，大多數(shù)情況下都是在休眠狀態(tài)，只有觸發(fā)了某些特定條件才會(huì)喚醒工作的產(chǎn)品，比如上面說到的報(bào)警器和門鎖。這些產(chǎn)品在電池滿電量的情況下能用的時(shí)間，是可以估算的。一般的做法是，直接把電池的容量除以休眠時(shí)的電流，因?yàn)樵诓挥|發(fā)的時(shí)候，整個(gè)電路工作的電流都是很小的，比如智能門鎖，只有在開門喚醒的時(shí)候，需要發(fā)射和接受無線信號(hào)，需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)候電流會(huì)比較大，大部分時(shí)間這些模塊都是不工作的，消耗的電流其實(shí)很小。所以，用這種估算的方式，也是有一定的合理性的，很多公司發(fā)布產(chǎn)品的時(shí)候說這個(gè)東西能用多久，其實(shí)也是這樣算出來的。再說說電池容量，電池容量的單位是毫安時(shí)，理論上來說，如果工作電流是1mA，那它能工作多少個(gè)小時(shí)，就是多少毫安時(shí)，而實(shí)際上，容量的減少會(huì)使得電壓降低，當(dāng)電壓低于某個(gè)值的時(shí)候，單片機(jī)就不能工作。因此，一個(gè)電池的額定容量往往不是能用的容量。

二、單片機(jī)要怎樣做才能把整個(gè)電路的電壓降到最小

如果一個(gè)電路里面只有一個(gè)單片機(jī)以及單片機(jī)最基本的外圍電路，那么它的功耗是很低的，特別是一些專門用于低功耗產(chǎn)品的單片機(jī)，比如stm8L系列，stm32L系列，TI430系列等等。但是如果你以為你用了超低功耗的單片機(jī)就一定能降低功耗的話那你就錯(cuò)了，無論是用什么單片機(jī)，在程序上和電路上都是要一些處理才能把功耗控制在比較低的范圍。

程序的處理方法主要有以下幾點(diǎn)：

1、 單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這個(gè)是最基本的，只有睡眠的狀態(tài)下，功耗才是最低的。但是要注意的是單片機(jī)睡眠的方式不止一種，根據(jù)需要選擇合適的。

2、 所有懸空的IO口都設(shè)成推挽低速輸出低。注意，是懸空的IO口。也有人說設(shè)成浮空輸入，我試過幾款ST的單片機(jī)，都是設(shè)成輸出低的功耗更小。別的單片機(jī)你可以先測(cè)試一下，再選擇最好的配置方式。

3、 在單片機(jī)睡眠之前把不需要用到的時(shí)鐘關(guān)掉。如定時(shí)器時(shí)鐘，串口時(shí)鐘等。這里說的不需要指的是睡眠的時(shí)候不需要用到，但是喚醒狀態(tài)下需要用到的。如果是一直都沒用到的，不初始化也不會(huì)打開。

4、 有連接外設(shè)的IO口根據(jù)實(shí)際情況配置引腳。不是所有引腳拉低都能降低功耗的，需要根據(jù)情況來定，這一點(diǎn)比較復(fù)雜，我講一些最常見的情況吧。比如有連接LED燈，把燈關(guān)掉才是功耗最小的。比如輸入引腳，如果睡眠的時(shí)候，外設(shè)輸出的是低電平，單片機(jī)最好是用浮空輸入，不要用上拉，因?yàn)樯侠臅r(shí)候，相當(dāng)于內(nèi)部有個(gè)電阻一直在工作，會(huì)消耗電流。如果外部輸入的高電平，根據(jù)情況而定，我試過一次，就一個(gè)引腳，用浮空和上拉居然相差了一百多uA，我的天，可能跟那個(gè)模塊的內(nèi)部電路有關(guān)吧。也可以把輸入改成輸出，有時(shí)候也有奇效。比如串口，如果休眠的時(shí)候可以考慮把引腳都設(shè)成輸出低，特別是兩個(gè)單片機(jī)通過串口通訊，如果一邊拉高一邊拉低，那么中間的限流電阻就會(huì)導(dǎo)通，最好是兩邊都拉低。還有串口有時(shí)候不能直接拉低引腳，我之前就試過用stm8，程序上把引腳拉低了，實(shí)際上并沒有拉低，找了好久才知道是沒有反串口初始化，也就是DeInit，在庫(kù)函數(shù)里面是能找到這個(gè)函數(shù)的，反初始化之后，再配置成普通IO口才能輸出低。

5、 控制外設(shè)進(jìn)入睡眠模式或低功耗工作模式。很多外設(shè)模塊都是有低功耗模式的，如果不需要一直工作，單片機(jī)需要讓它也進(jìn)入睡眠模式，如果是需要一直工作的，盡量選擇低功耗工作模式。還有一些外設(shè)的中斷引腳觸發(fā)極性是可以自己配置的，最好選擇上升沿觸發(fā)。

6、 降低晶振頻率。這個(gè)我覺得效果不是很大，不知道是我用的單片機(jī)本身的頻率就不高還是怎樣，理論上來說降低頻率是可以降低功耗的。
在電路上，降低功耗的方法就比較復(fù)雜了，我本身也是更擅長(zhǎng)軟件方面，硬件上不能給大家更多的建議，我就是說說我知道的一些比較簡(jiǎn)單的關(guān)于IO口的處理方法吧。

電路的處理方法主要有以下幾點(diǎn)：

1、 單片機(jī)的IO口的電阻選型和電路設(shè)計(jì)要合理。如果單片機(jī)的IO口需要用到電阻，要根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的。其實(shí)核心的思想都是盡量不要讓電阻處于導(dǎo)通狀態(tài)，或者導(dǎo)通的時(shí)候電流盡量減到最小。比如單片機(jī)的IO口如果大部分時(shí)間都是處于低點(diǎn)平，又必須要上拉電阻的話，盡量選擇阻值大一點(diǎn)的電阻。如果處于高電平的話，盡量不要用下拉電阻。這一點(diǎn)無論是輸入還是輸出都是一樣的。能不加電阻就最好了，但是還有一點(diǎn)需要注意的是有些單片機(jī)沒有下拉輸入，比如stm8，如果一些引腳設(shè)成外部中斷的時(shí)候引腳懸空，會(huì)使得單片機(jī)不斷進(jìn)入中斷，這時(shí)候就需要上拉或者下拉電阻穩(wěn)定IO口的電平。

2、 芯片IC的選型要合理。做低功耗產(chǎn)品的時(shí)候，芯片的選型是很重要的，無論是單片機(jī)還是其他外設(shè)，在預(yù)算范圍內(nèi)都應(yīng)該盡量選擇工作電流小的IC。

3、 電路的布局要合理。電路設(shè)計(jì)也是很關(guān)鍵的一點(diǎn)，不合理的布局可能會(huì)造成額外的阻抗，包括外形、散熱等問題也是，可能會(huì)造成功耗的增加。具體就不多說了，我懂的可能還沒你們多。

好了，關(guān)于單片機(jī)低功耗處理的方法就講到這里，這些都是在我最近在做項(xiàng)目的時(shí)候，因?yàn)楣膯栴}搞得死去活來之后得出的結(jié)論。如果還有什么問題或者文中有錯(cuò)誤的地方，可以聯(lián)系我。