MSP430低功耗设计

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简介:经常有人询问,MSP430的低功耗是如何实现的,该如何设计,功耗能做到多少?其实这些问题都不是简单能够回答的,一个系统的的低功耗设计,不仅仅是依靠MCU就能实现的,当然MCU是非常重要的部分。下面我就针对MCU的低功耗设计谈谈我的一些心得。

经常有人询问,MSP430的低功耗是如何实现的,该如何设计,功耗能做到多少?其实这些问题都不是简单能够回答的,一个系统的的低功耗设计,不仅仅是依靠MCU就能实现的,当然MCU是非常重要的部分。下面我就针对MCU的低功耗设计谈谈我的一些心得。

一般来讲MCU的功耗取决于三个方面,低功耗控制,低功耗工作模式选择,低功耗软件设计,本文将针对这三个方面进行阐述。

一、MSP430的低功耗控制

1.1低功耗的基本原则

针对MCU而言,有几个基本的原则,

l工作频率越低,MCU的功耗越小

我们在看数据手册的时候,经常会看到一个参数就是每MHZ消耗的功耗。例如:100uA/1MHz,m1.8v。通常情况MCU会有三个参数,分别是运行模式功耗,空闲模式功耗和掉电模式功耗。

从参数可以看出,MCU的功耗直接和你使用的工作频率有关,在进行低功耗设计的时候一定要选择合适的工作频率。

l工作电压越低,MCU的功耗越小

从上个例子也可以看出,MCU的功耗直接和工作电压相关。厂家一般给出的都是MCU的最低工作电压,事实上很多产品由于外设原因,电源原因,都不是工作在MCU的最低工作电压上的,数据手册上的参数仅供对比参考,不能作为绝对值进行计算。

l工作的外设越少,MCU的功耗越小

这个条比较好理解。MCU的外设使用越多,功耗就越大。

另外,还有一个比较重要的原则,就是在FLASH中运行比在RAM中运行消耗更多的功耗。所以如果MCURAM够大,可以把最常用的主循环和处理函数放在RAM中运行,这样可以节约大于30%的功耗。

1.2常见的几种低功耗MCU的参数

MSP430F5310

PIC16F72X

STM8L101xx

工作模式

195Ua/MHz3.0v

115uA/MHz3.0v

100uA/500kHz1.8v

150uA/Mhz1

空闲模式

1.1uA,3V

500nA,1.8v

0.8uA1

掉电模式

0.18uA,3V

50nA,1.8v

0.3uA1

1STM没有提供测试电压的参数,这个指标就无实际意义。

从上表可以看出,各个厂家提供的参数都不是在同样的环境测得的,各位同学在使用时要进行甄别,不要只盯着数字看。

1.3MSP430的低功耗设计

针对如上的三条,MSP430都做了比较好的低功耗设计。有的同学只是简单的对比数据手册上的技术参数来判定一个MCU的功耗情况,其实并不是很了解MCU的系统是如何实现低功耗的设计的。

1.3.1时钟系统

针对工作频率越低,MCU的功耗越小这一条,MSP430系列MCU支持目前最优化的时钟管理系统。

下图是MSP430F2xx系列的基础时钟的框图:

从图中可以看出,MSP430的基础时钟有5个时钟源,用户可以根据自己的需要,选择不同的时钟源作为内核,外设的时钟,从而达到最低功耗的设计。这个在其他MCU的结构中很少见到,所以,单从这个时钟系统的设计来看,MSP430就比其他的MCU要优化。

MSP430MCU的基础时钟有5个时钟源:

LFXT1CLK:由低频时钟晶体或外接32K时钟源产生的低频、高频振荡器或由标准晶体、振荡器、或外部400k-16M的外部时钟源提供。

VLOCLK:内部低功耗,低频振荡器。频率典型值为10KHz

REFOCLK:内部低频振荡器,典型值为32K,还可以作为FLL基准时钟源

DCOCLK:可以通过FLL来稳定的内部数字控制振荡器

XT2CLK:可选高频振荡器,可与标准晶振,振荡器或4M~32MHz外部时钟源一起使用。

标准时钟可提供三种时钟信号:

ACLK:辅时钟。可通过软件选择XT1CLKREFOCLK,VLOCLK,DCOCLKDCOCLKDIVXT2CLK作为ACLK时钟源。

MCLK:系统主时钟,可通过软件选择XT1CLKREFOCLK,VLOCLK,DCOCLK,DCOCLKDIVXT2CLK作为MCLK时钟源。

SMCLK:子系统主时钟。

MSP430低功耗的时钟设计也带来一些比其他MCU麻烦的地方。用户需要非常熟悉各种时钟源的用法,当MSP430给用户带来更多的低功耗设计选择的同时,也给客户带来了一些难度。其中部分的MSP430还需要外接32K晶体振荡器,这样也不是太方便客户使用。

1.3.2内核电压系统

前面讲到MCU的功耗和工作电压也息息相关,MSP430PMM模块包含一个LDO模块,通过设置参数可以调节给MCU内核VCORE的供电。MSP430VCORE支持四个等级电压,分别是1.8V2.0V2.4V2.23.6V。工作频率越高,对VCORE内核电压的要求就越高,具体关系见下图所示:

1.3.3外设管理系统

MCU外设对MCU的功耗影响也很大,为了降低MCU的功耗就要尽量关闭那些现在不用的外设。外设的时钟源选择也很重要,在满足需要的前提下,尽量选择在低功耗模式能够使用的时钟源,这样可以从整体设计上降低系统的功耗。

二、MSP430的低功耗模式

2.1MSP430低功耗模式

MSP430支持6种运行模式,AM,LPM0~4(低功耗模式)。

SCG1

SCG0

OSC

OFF

CPU

OFF

模式

CPU和时钟状态

0

0

0

0

活动模式

ActiveMode

CPU,MCLK,SMCLK,ACLK均处于活动状态

0

0

0

1

低功耗模式0

LPM0

CPU,MCLK禁止

SMCLK,ACLK活动

0

1

0

1

低功耗模式1

LPM1

CPU,MCLK禁止;DC发生器禁止;

SMCLK,ACLK活动

1

0

0

1

低功耗模式2

LMP2

CPU,MCLK,SMCLK,DCO禁止;

DC发生器禁止;ACLK活动

1

1

0

1

低功耗模式3

LMP3

CPU,MCLK,SMCLK,DCO禁止;

DC发生器禁止;ACLCK活动

1

1

1

1

低功耗模式4

LPM4

CPU,MCLK,SMCLK,ACLK均禁止

工作模式之间的状态切换图示如下:

三、MSP430的低功耗软件设计

此下暂略。。。以后补充

提醒:《MSP430低功耗设计》最后刷新时间 2024-03-14 01:14:13,本站为公益型个人网站,仅供个人学习和记录信息,不进行任何商业性质的盈利。如果内容、图片资源失效或内容涉及侵权,请反馈至,我们会及时处理。本站只保证内容的可读性,无法保证真实性,《MSP430低功耗设计》该内容的真实性请自行鉴别。