如何对微控制器进行省电管理
微控制器的使用越来越多，在现实诸多方面均有微控制器的身影。但在实践过程中，暴露出一些微控制器问题，譬如如何对微控制器进行省电管理。如果你对这个微控制器问题存在兴趣，不妨继续往下阅读哦。
一、微控制器省电管理方法
新唐科技的nuc1xx包含nuc101、nuc100、nuc120、nuc130和nuc140，是以arm cortex-m0为核心的32位微控制器（mcu），经由不同时钟的设定，最高可以达到50mhz的运作频率。然而在一般简单控制或系统负载较低时，cpu并不需要执行在最高的运行时钟下即可应付所需要的计算量。这时候，便可以利用系统时钟的控制来降低时钟，以达到省电的目的。
另一种情况是cpu因为等待下一个工作或只需要久久工作一次时，就可以先将cpu进入idle或power down模式，等到一定的时间之后或是有特定的事件发生时，才被唤醒过来进行相关事件的处理。同时，如果系统内没有用到的系统模块，也可以将其关闭以节省不必要的耗电。下面介绍各种不同的省电方法的原理，并提供相关的范例说明。
二、开关系统模块
在新唐科技nuc1xx中，为了省电的需求，当某个系统模块不使用时，可以将其输入时钟关闭，使其进入关闭的模式，依此来达到省电的效果。在nuc1xx中，几乎所有的系统模块都可以各别被关闭，这些模块包括：watch dog timer、rtc、timer0~3、i2c0~1、spi0~3、uart0~2、pwm0~7、can、usb、adc、acmp、ps2、pdma、 flash isp。不过，并非每颗芯片都包含了所有模块功能，例如can模块只在nuc130和nuc140才有此功能，详细说明请参考各芯片的相关文件。
各模块的相关耗电如表1所示。
新唐科技nuc1xx藉由关闭各模块时钟的方式来达到关闭各模块的目的，所以要关闭模块就必须设定相关的时钟控制缓存器。nux1xx提供ahbclk register与apbclk register，来控制上文所列出各模块的开关。
三、系统时钟设定
新唐科技nuc1xx本身的耗电量和它的运行时钟有很大关系。如果运行的时钟高，则耗电高，反之则比较省电，但同时cpu就可能无法负荷大量的运算。因此，如果要同时兼顾大量运算跟省电，就必须能够根据实际上的需求来调整cpu的工作时钟，以求达到最佳的运作效率。
nuc1xx内建了pll，能使用外部12mhz的晶振或是内部22m振荡器产生系统所需的时钟，由pll所产生的时钟再经过适当除频，即可作为cpu的工作频率。另外nuc1xx也提供经由外部32khz的晶振或是内部10khz 振荡器直接供给作为cpu工作频率的方式。因此，nuc1xx对于工作时钟的设定，提供了很大的灵活性。
四、idle省电模式
新唐科技nuc1xx除了可利用设定最适合的工作时钟来达到省电的目的外，如果在系统完全不需要工作时，还可以将cpu及大部分的硬件关闭，以达到最大的省电效果。这种搭配关闭cpu及大部分硬件的模式，我们称之为省电模式，其中包括了idle省电模式及power down省电模式。下面就idle省电模式进行说明。
藉由关闭大部分硬件时钟以达到最大省电效率的模式主要有两种，一种是idle省电模式，另一种是power down省电模式。这两种模式最大的不同点是，当系统进入idle省电模式下时，任何的中断事件都可以重新唤醒cpu，以便让系统可以处理新进的事件。但如果系统处于power down省电模式，就只有少数特定的中断事件能够唤醒系统。
由于所谓的idle模式，实际上就是把cpu的时钟关闭，这样让cpu在没有工作时处在最省电的模式。因为在这个模式下，只是将cpu的时钟关闭，一旦有任何中断事件发生，马上可以打开cpu的时钟来处理相关的事件，所以不会造成处理事件的延迟，同时又可以达到省电效果，是兼顾速度与省电的一种模式。
nuc1xx可以利用arm cortex-m0本身提供的wfi/wfe指令进入idle模式。一旦进入idle模式，cpu将立刻进入sleep模式而停止运作，因此在wfi/wfe指令之后的程序都必须等到cpu被唤醒后才会被执行。此时nuc1xx的耗电量将降到约16ma@3.3v-48mhz。
进入idle省电模式之后，如果要唤醒cpu，回到一般的工作模式，就必须先产生中断信号。该中断信号可以是nuc1xx中的任何模块所产生的中断，也可以通过外部中断的方式来唤醒cpu。需要注意的是，当决定cpu要由某个中断来唤醒时，就必须在进入idle省电模式前，将该中断设定完成，才能使其产生中断事件来唤醒cpu。
五、power down省电模式
power down是新唐科技nuc1xx最省电的一种模式，因为一旦进入power down省电模式，晶振时钟会被关闭，整颗nuc1xx呈现静止的状态，这时的耗电量将减到最小的程度。而在此模式下，也只有少数的特定中断事件能够唤醒nuc1xx，使其恢复工作状态。在power down模式下，nuc1xx提供了gpio、usb、uart、rtc、acmp和can的中断唤醒方式。
要进入power down省电模式，除了必须呼叫wfi/wfe指令外，在调用wfi/wfe指令之前，必须另将pd_wait_cpu和pwr_down_en两个功能依序打开。已确保cpu先进入sleep模式后，系统再进入power down模式，此时nuc1xx是属于最省电的状态，耗电量将降到约15ua。
一旦nuc1xx进入power down省电模式，由于大部分的逻辑电路都进入停止状态，因此要想唤醒cpu，必须经由特殊定义的中断源来唤醒。在idle省电模式下，只要有任何中断即可唤醒cpu不同，不过相同的是，两者都必须要在进入省电模式前，先设定好将来要用来唤醒cpu的模块，这包括其中断或唤醒功能，这些为了唤醒cpu的准备都完成之后，才能进入省电模式，否则就没有任何方式能够再唤醒cpu了。
由于所谓的power down省电模式，实际上是把晶振的时钟关闭，让整个nuc1xx呈现静止的状态。而因为晶振也被关闭了，一旦有唤醒中断事件发生，需要等到晶振稳定下来后，cpu才能继续运作，所以由power down进入一般的工作模式，会需要延迟一点时间来等待，而nuc1xx系列所提供的延迟时间预设为4096个clock cycle。以12mhz来计算，延迟时间为（1/12mhz）*4096=341.12us（图2中的t2），而晶振起振所需时间（图2中的t1）则会随着晶振频率、品牌、pcb 布线等都会造成少许差异。一般而言， 12mhz晶振起振所需时间约1~2ms。实际量测范例数据如图2所示。
本文介绍了新唐科技nuc1xx所提供的各种省电方式，包括了关闭没用到的模块、调整cpu运作的时钟、idle省电模式与power down省电模式。在实际应用时，使用者可以根据自身所需，选择适合的方式，甚至组合不同的省电方法以达到最佳的省电效率。
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用DS600构成的温度控制器,DS600 Temperature controller
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采用24V供电的MCU电源电路及BOM表分析
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一、微控制器省电管理方法
新唐科技的nuc1xx包含nuc101、nuc100、nuc120、nuc130和nuc140，是以arm cortex-m0为核心的32位微控制器（mcu），经由不同时钟的设定，最高可以达到50mhz的运作频率。然而在一般简单控制或系统负载较低时，cpu并不需要执行在最高的运行时钟下即可应付所需要的计算量。这时候，便可以利用系统时钟的控制来降低时钟，以达到省电的目的。
另一种情况是cpu因为等待下一个工作或只需要久久工作一次时，就可以先将cpu进入idle或power down模式，等到一定的时间之后或是有特定的事件发生时，才被唤醒过来进行相关事件的处理。同时，如果系统内没有用到的系统模块，也可以将其关闭以节省不必要的耗电。下面介绍各种不同的省电方法的原理，并提供相关的范例说明。
二、开关系统模块
在新唐科技nuc1xx中，为了省电的需求，当某个系统模块不使用时，可以将其输入时钟关闭，使其进入关闭的模式，依此来达到省电的效果。在nuc1xx中，几乎所有的系统模块都可以各别被关闭，这些模块包括：watch dog timer、rtc、timer0~3、i2c0~1、spi0~3、uart0~2、pwm0~7、can、usb、adc、acmp、ps2、pdma、 flash isp。不过，并非每颗芯片都包含了所有模块功能，例如can模块只在nuc130和nuc140才有此功能，详细说明请参考各芯片的相关文件。
各模块的相关耗电如表1所示。
新唐科技nuc1xx藉由关闭各模块时钟的方式来达到关闭各模块的目的，所以要关闭模块就必须设定相关的时钟控制缓存器。nux1xx提供ahbclk register与apbclk register，来控制上文所列出各模块的开关。
三、系统时钟设定
新唐科技nuc1xx本身的耗电量和它的运行时钟有很大关系。如果运行的时钟高，则耗电高，反之则比较省电，但同时cpu就可能无法负荷大量的运算。因此，如果要同时兼顾大量运算跟省电，就必须能够根据实际上的需求来调整cpu的工作时钟，以求达到最佳的运作效率。
nuc1xx内建了pll，能使用外部12mhz的晶振或是内部22m振荡器产生系统所需的时钟，由pll所产生的时钟再经过适当除频，即可作为cpu的工作频率。另外nuc1xx也提供经由外部32khz的晶振或是内部10khz 振荡器直接供给作为cpu工作频率的方式。因此，nuc1xx对于工作时钟的设定，提供了很大的灵活性。
四、idle省电模式
新唐科技nuc1xx除了可利用设定最适合的工作时钟来达到省电的目的外，如果在系统完全不需要工作时，还可以将cpu及大部分的硬件关闭，以达到最大的省电效果。这种搭配关闭cpu及大部分硬件的模式，我们称之为省电模式，其中包括了idle省电模式及power down省电模式。下面就idle省电模式进行说明。
藉由关闭大部分硬件时钟以达到最大省电效率的模式主要有两种，一种是idle省电模式，另一种是power down省电模式。这两种模式最大的不同点是，当系统进入idle省电模式下时，任何的中断事件都可以重新唤醒cpu，以便让系统可以处理新进的事件。但如果系统处于power down省电模式，就只有少数特定的中断事件能够唤醒系统。
由于所谓的idle模式，实际上就是把cpu的时钟关闭，这样让cpu在没有工作时处在最省电的模式。因为在这个模式下，只是将cpu的时钟关闭，一旦有任何中断事件发生，马上可以打开cpu的时钟来处理相关的事件，所以不会造成处理事件的延迟，同时又可以达到省电效果，是兼顾速度与省电的一种模式。
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五、power down省电模式
power down是新唐科技nuc1xx最省电的一种模式，因为一旦进入power down省电模式，晶振时钟会被关闭，整颗nuc1xx呈现静止的状态，这时的耗电量将减到最小的程度。而在此模式下，也只有少数的特定中断事件能够唤醒nuc1xx，使其恢复工作状态。在power down模式下，nuc1xx提供了gpio、usb、uart、rtc、acmp和can的中断唤醒方式。
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由于所谓的power down省电模式，实际上是把晶振的时钟关闭，让整个nuc1xx呈现静止的状态。而因为晶振也被关闭了，一旦有唤醒中断事件发生，需要等到晶振稳定下来后，cpu才能继续运作，所以由power down进入一般的工作模式，会需要延迟一点时间来等待，而nuc1xx系列所提供的延迟时间预设为4096个clock cycle。以12mhz来计算，延迟时间为（1/12mhz）*4096=341.12us（图2中的t2），而晶振起振所需时间（图2中的t1）则会随着晶振频率、品牌、pcb 布线等都会造成少许差异。一般而言， 12mhz晶振起振所需时间约1~2ms。实际量测范例数据如图2所示。
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