關建詞 C8051F單片機低功耗 電源管理 

引 言

在控制終端系統設計中，當系統要求整體功耗偏低時，C8051F系列單片機是一個最佳的選擇。它們擁有靈活的時鐘硬件，使系統能夠方便地在高效運作模式與低功耗模式問進行轉換，智能的電源管理模式能夠在正常工作及待機狀態自由切換，從而降低整個系統的能量損耗；當工作頻率低于10kHz時，時鐘丟失檢測器(MCD)能夠引發系統產生復位，確保系統工作的安全可靠。

1 C8051F各部分組件的功耗

當一個系統對功耗要求嚴格時，可以在硬件電路建立前首先粗略計算一下整個系統所需的功耗。由于C8051F系列單片機為數模混合SOC系統，能夠實現整個設計的大部分功能，因此整個設計系統的功耗將主要集中在C805IF系列單片機的能量消耗上。

整個單片機系統的功耗應該由4部分組成：振蕩器功耗、數字設備功耗、模擬外設功耗及I／O端口功耗。振蕩器功耗包括內部振蕩器的功耗以及外部振蕩器功耗。數字設備能量消耗主要由CPU的工作模式、工作電壓及系統時鐘頻率決定。溫度與數字外圍設備對數字設備的功耗影響很小。模擬外圍設備功耗主要包含ADC、電壓基準VREF、溫度傳感器、偏壓發生器及內部振蕩器。比較器也有少量的能量損耗。

1.1 振蕩器功耗分析

外部振蕩器具有很高的可配置性，為系統設計者提供了多種選擇。時基信號可以從外部CMOS電平時鐘源、晶振或陶瓷諧振器、RC組合電路或外部電容獲得，每一種方法都有各自的優勢。由于振蕩器可以靈巧地在各種方式中轉換，因此可以通過改變振蕩器來降低功耗。對外部振蕩器來說，外部CMOS時鐘、電容和RC網絡都能夠提供較低的振蕩頻率。

(1)外部CMOS時鐘

當工作于外部振蕩器CMOS時鐘模式時，外部振蕩器驅動被關閉．電路功耗電流微小可以近似忽略。XTAL2輸出的時基信號可以用作CPU、計時器、PCA或其他外圍設備的時鐘源。注意，即使在某一端口應用了高頻信號，功耗仍只有少量的增加。

(2)外部晶振

外部晶振提供了最精確的時間基準，但隨之而來的功耗在同一頻率下也更高。外部晶振依賴于晶振頻率和振蕩器驅動電路(XFCN)。

(3)外部電容C模式

外部電容模式通過將一個電容連接到XTAL2為系統提供低功耗時鐘。這是精度最差的一種時基方式，但同時也是最靈活的一種方式。只用1個電容元件就可以提供8種不同的工作頻率．最高頻率幾乎可達最低頻率的3000倍。可以通過改變在OSCXCN寄存器中的XFCN位改變其振蕩的頻率，并直接影響其輸出的電流。外部電容方式下的時基精度主要由電容的誤差和流過XTAL2的內部電流源的精度決定。

(4)外部振蕩RC模式

RC模式與電容模式十分相似，區別在于外部電容方式下電容的充電電流由接到XTAL2的內部可編程電流源提供，并且在RC模式下充放電電路除了包含電容外還要通過一個外部電阻器。RC模式振蕩電路的平均功耗由通過電阻器的平均電流所決定。電阻器上的壓降成指數倍大小，其波形可以簡化為三角波來估計平均值。

通常，