系统详解Silabs MCU低功耗优势及经典案例

高，一般来说功耗也越大。因此很多高速MCU提供了双时钟系统，并允许MCU在运行中实时快速的进行时钟切换，以达到降低功耗的目的。

SilabsMCU带有内部高速振荡器，又可以使用外部振荡器，并且可以在CPU运行中实时高速地进行内、外振荡器切换。这对于间歇工作的系统是一种非常好的低功耗方式。当要处理数据时，使用内部高速振荡器；当CPU空闲时，切换到外部低速振荡器，以降低功耗。

使用每MIPS功耗来衡量MCU的低功耗性能是相对比较准确

尽管我们强调要降低单片机系统的功耗，必须尽量降低单片机的系统时钟。但使用每MIPS功耗来衡量MCU的功耗与之并不矛盾。这是相对的，要具体问题具体分析。

例如，执行一个需要10K条指令的任务，甲MCU的工作电流为3mA，速度为10MIPS，则甲MCU需要工作1mS完成该任务，消耗3mA×1ms×Vcc，然后甲MCU就可以进入低功耗模式了。

而乙MCU的工作电流为1mA，速度为2MIPS，则乙MCU需要工作5ms完成，这样乙MCU完成该任务的消耗为1mA×5ms×Vcc。

从上面的例子我们可以得出结论：电流大但速度快的MCU可能更省电。

应用软件设计

应用软件设计对于一个低功耗系统的重要性常常被人们忽略。一个重要的原因是，软件设计上的缺陷并不像硬件那样容易发现，同时也没有一个严格的标准来判断一个软件的低功耗特性。但是设计者如果能尽量将应用的低功耗特性反映在软件中，就可以避免那些“看不见”的功耗损失。

用“中断”代替“查询”

在没有要求低功耗的场合，程序使用中断方式还是查询方式并不重要。但在要求低功耗场合，这两种方式相差甚远。使用中断方式，CPU可以什么都不做，甚至可以进入等待模式或停止模式；而查询方式下，CPU必须不停地访问I/O寄存器，这会带来很多额外的功耗。

用“宏”代替“子程序”

子程序调用的入栈出栈操作，要对RAM进行两次操作，会带来更大的功耗。宏在编译时展开，CPU按顺序执行指令。使用宏，会增加程序的代码量，但对不在乎程序代码量大的应用，使用宏无疑会降低系统的功耗。

尽量减少CPU的运算量

减少CPU的运算工作量，可以有效地降低CPU的功耗。减少CPU运算的工作可以从很多方面入手：

A）用查表的方法替代实时的计算；

B）不可避免的实时计算，算到精度够了就结束，避免“过度”的计算；

C）尽量使用短的数据类型，例如，尽量使用字符型的8位数据替代16位的整型数据，尽量使用分数运算而避免浮点数运算等。

让I/O模块间歇运行

A）不用的I/O模块要关掉，间歇使用的I/O模块要及时关掉，以节省电能。

B）不用的I/O引脚要设置成输出或设置成输入，用上拉电阻拉高。

总之，在单片机系统设计过程中，深入理解单片机低功耗的特性，并在硬件和应用软件的设计过程中充分利用单片机的低功耗特性，来设计出符合低功耗要求的产品。

SilabsMCU在低功耗方面的优势

　 　Silabs的C8051F系列单片机是从传统的8051单片机衍生出来的一种新型高速单片机。它属于CISC指令系统，但由于采用“流水线”结构方式 处理指令，70％的指令的执行时间为1个或2个系统时钟，指令执行的峰值速度为MIPS级别。虽然它的运行速度很高，但是在低功耗设计方面具有独特的优 势。这主要体现在：

供电电压范围宽

SilabsMCU的供电电压范围为2～5.25V。

宽的供电电压范围不仅为单片机系统设计带来方便，而且低的供电电压可以有效地降低整个单片机系统的功耗。

有多种低功耗模式

　 　SilabsMCU有Idle、Stop和Suspend三种低功耗模式。各种模式下片上资源状态、功耗及唤醒的情况如表1所示。在Stop和 Suspend模式下，MCU的功耗可以降低到nA级。在Suspend模式下，有多种唤醒源，当被唤醒时（非复位源唤醒），CPU不会对系统复位。在 Stop模式下，SilabsMCU有丰富的复位源使CPU被唤醒，如图1所示。

有多种时钟方案供选择

　 　SilabsMCU都设计有两套时钟方案供选择。用户可以根据实际需要选择内部振荡器或外部振荡器，或者同时选择内、外振荡器。内部振荡器可以通过相关 寄存器设置来选择不同的频率。其频率范围为：80KHz～100MHz。更为重要的是在MCU运行中，可以实时高速地进行内、外时钟切换。时钟切换速度 快，切换产生的功耗小。这种特性，对于间歇工作的单片机系统低功耗设计，特别有帮助。

灵活的I/O设计

SilabsMCU的I/O口资源丰富，配置灵活。有三种配置方式：漏极开路、推挽输出和弱上拉方式。用户可以根据实际需要通过相关寄存器的设置来禁止或使能这些方式。其中将端口配置成漏极开路方式是最省电的方式。

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