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小明砸乱弹琴

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PIC单片机功耗问题的解决  

2013-11-12 10:30:32|  分类: 它山之石 |  标签: |举报 |字号 订阅

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最近一周一直在做pic单片机功耗问题。由于项目使用电池供电,所以功耗问题显得非常重要。根据数据手册以及网络上的资料,影响单片机功耗主要由以下几个因素:

1:所有I/O引脚保持为高阻输入高点平或低电平

2:关闭比较器和CVref(可编程偏上参考电压)、WTD、T1OSC、BOR(欠压复位)等

3:PORTB片内弱上拉

4:所有不用的模块全部关闭,在用到时再打开

5:MCLR引脚必须处于逻辑高电平

PIC单片机在执行SLEEP指令后进入睡眠省电模式。进入SLEEP模式后,主振荡停止,如果 看门狗在烧写时打开了,看门狗定时器将被清并保持运行。I/O口,周边模块和内部RAM将保持原来状态,所以如果要求睡眠后有很低功耗,应该在进入 SLEEP前把IO口置为高阻抗的输入状态,不用的模块也要关闭。另有些周边模块与主时钟有关,如在异步模式下的USART,将不工作。

唤醒SLEEP的条件有很多,如IO口电平变化,AD转换结束,外部复位、看门狗溢出等,具体请参考数据手册。

当执行SLEEP指令时,PC+1的指令被预取指,当器件被一个中断条件唤醒时(这个中断的应是 已使能的),如果GIE(全局中断使能位)为0,器件将继续执行SLEEP指令下面的指令。如果GIE为1,器件将执行已预取的PC+1指令后跳到 0004H的中断入口。所以建议SLEEP后面紧跟着的一条指令最好是个NOP。

外部手动复位MCLR将唤醒器件并RESET,表示状态的标志位含义详见数据手册。

看门狗定时器在SLEEP下溢出将唤醒器件,然后执行SLEEP下面的指令,也有标志位指示状态。

进入SLEEP后,主振荡停振,和主振荡相关的模块都会停止工作,A/D .液晶驱动。看门狗等模块还是要在SLEEP指令执行之前关闭的。这样功耗才会最低。

关于I.O口。在16C926的DATA SHEET里,还是说到了一些。所有的I/O口,都有确定的接VDD或者VSS,而不能悬空进入SLEEP前,所有的I/O应该置为输入口,接上拉或下拉。

对于PORTB口有内部上拉功能的应该选择不上拉。

 

这个项目就是因为没有关闭BOR在休眠时电流达到50UA而搞了近一周的时间才发现问题。

 

下面是一位网友的测试数据:

测试条件:PIC16F676使用内部4MHzRC振荡,电源电压5V,测试在睡眠下的消耗电流
单片机在外部IO口设置成输入并有固定电平的情况下,程序进入一个NOP指令和跳转指令的死循环后耗电约1.26mA
1.SLEEP之后:WDT开并256分频,每2.3秒左右唤醒一次,所有IO口为数字输入口,直接接高电平或低电平。5V,0.159mA,主要配 置:_INTRC_OSC_NOCLKOUT & _WDT_ON & _PWRTE_ON & _MCLRE_OFF & _BODEN
2.上面的程序没动,只是配置& _BODEN_OFF,电流降为8.5μA,其它配置变化对电流消耗影响不大,WDT开与不开只差0.1μA,可见BROWN OUT DOWN功能是个耗电大户。
3.上面的配置、程序没动,所有IO输入口悬空,结果电流变为0.8-1mA,以上均没开电平变化中断,而且手接近单片机电流变的更大。可见虽然IO口看似没有吸收电流,但干扰电平引起单片机内部比较器频繁翻转的电流可以说很惊人。
4.以上配置,仅将WDT分频比改为1:1,各IO口仍然接固定电平,此时单片机WDT约每1.8mS唤醒一次,电流为8.8μA,可见RC的唤醒很省电。
5.以上配置,WDT1:256分频,将所有IO口设置成输出,并输出低电平,IO口不接任何负载,结果电流为9.5μA,与输入相比多了1μA。可见IO口的驱动也是要能量的。
6.以上配置,WDT1:256,各AD输入口设置成AD输入,其它设置成IO输入,均接固定电平,ADON置1,GO为零,此时AD模块开启,转换未开 始,转换时钟采用系统时钟的1/8,电流8.8μA基本无变化,转换时钟采用AD独立RC振荡,电流仍为8.8μA,独立RC振荡,GO置1,转换完成后 继续AD转换,电流为9.2μA,期间没有空余采样电容的充电时间,可见AD转换并不怎么耗电。
7.关闭AD,开启RA口的弱上拉,有弱上拉的IO悬空,WDT 1:1,电流8.8μA,将弱上拉的IO口其中一脚接地,电流猛增至212.4μA,换算下来一个弱上拉相当于一个24KΩ左右的电阻。
综上所述,耗电大户有两个:第一大户是悬空的输入脚,第二大户为弱上拉时IO口接地。第三大户为BROWN OUT DOWN RESET(电压过低复位)若要省电的话不妨以此参考。此次试验是单片机没有任何外围电路的情况下测得,当然外围电路比较复杂,设计省电模式其它电路的耗电也要考虑。若要非常省电,那么每个功能是否开启都是锱珠必较的。
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