怎样延长微控制器设备的电池寿命

模式，那么使它最长时间地处于该模式下能够最大限度地降低功耗。因此，如果CPU在返回睡眠模式之前需要执行代码，那么以可能的最高速度完成代码执行，然后返回低功耗模式比持续以低速度工作消耗的电流少。

让我们再来看看自行车里程表这个例子，假设控制面板每秒钟更新速度一次，并且需要循环16,000个总线周期来计算数据并在显示器上显示出 来。由典型的32kHz晶体工作，并且假设有一个普通的一分为二的总线时钟，我们就能够拥有16KHz的总线，在这种情况下，需要使用整整一秒钟来完成计 算。

现在，如果我们可以使用8MHz的总线时钟，就可以仅花费2毫秒来完成计算，剩余的998毫秒可处于低功耗模式下。

当然，并非MCU须执行的每项任务都会得益于高速性能。在我们的例子中，如果数据速度相当的慢，无线通信所需的时间可能不需要8MHz的总线速率。因此，在这种情况下，要想将功耗最小化，我们就应该尽可能慢地运行MCU，直至无线通信结束。

因此，我们需要一个时钟灵活的MCU，如飞思卡尔公司的MC9S08GB60 MCU。拥有该设备，您可以使用高频晶体、低频晶体或内部振荡器。

拥有任一此类时钟源，就可以随意地使用片上频率锁定环(FLL)使总线速度成倍地升高或降低，来满足任务需求并且使功耗达到最小化。图2为自行车里程表例子中不同操作模式下功耗的改变情况。

图2：在自行车里程表例子中，如何通过高活性短脉冲及时间更长的非活性低功耗模式之间的转化来进行电源管理的图。

延长电池寿命的系统硬件策略

除了低功耗模式及时钟管理以外，想要使功耗最小化还应在设计时考虑许多硬件和软件方面的因素。从硬件角度来看，控制好MCU内外的外设功耗能够在很大程度上降低整体功耗。

禁止片上外设使用MCU控制寄存器是一个很直接的方法，但该方法的效果可能没有直接禁用MCU外部外设那么明显。使用通用的I/O引脚，可以控制外部电路的功耗。

里程表例子中是通过速度传感器来测量车轮的速度。这可以通过将LED和光传感器安装于车架上，并将槽盘安装于车轮中来实现。持续工作的LED和光传感器将会消耗大量的电流。而使用I/O引脚，使LED和光传感器只在进行速度测量时工作，就将会大大降低电流。

当前，分立元器件，如LED和光传感器可以明显地控制I/O，但仅限于能够以类似模式控制的电路。如果这些器件需要的电流大于MCU能够直接提供的电流，就可以使用缓冲器作为这些电路的电源开关。在某些情况下，将几个I/O脚并联在一起就能够提供足够的电流。

速度传感器同样有另一方法可以降低电流。如果持续读取光传感器来检查光线是否穿过槽盘，那么MCU必须一直处于更高电流的工作模式。由于我 们所关心的仅仅是从亮到暗或从暗到亮的转变点，因此可以使用中断来代替持续轮询。中断使MCU进入一个低功耗的等待模式。MCU的计时器可以持续计数，并 且通过使用与光传感器输出相连的一个输入捕捉特性，我们很容易就能够测出速度传感器的亮/暗时间，进而算出每分钟转速(RPM)。

如果配置不当的话，MCU的I/O脚自身就会成为过载电流源。不用的引脚应即时关闭，避免浮动输入造成一个大的电流路径。在使用采取多种封装形式的MCU时，这一点常常会被忽略。

我们常常容易忘记最高引脚数版本的封装中，可用引脚仍在较低引脚数版本的封装硅片上。任何浮动的输入引脚都会阻碍过载电流源电流的流出，在 某些情况下阻碍作用会高许多倍，如温度变化的情况下。在这些情况下，应启动内部上拉或者如果该引脚是I/O引脚，可将其配置成输出引脚(如果该引脚驱动的 是开路，则与数据无关)。

延长寿命的系统软件策略

从软件角度来看，有一些明显的降低功耗的窍门。如前所述，保存能量的最佳方法就是尽可能长时间地处于最低功耗状态。

由于在工作状态下，CPU活跃地执行各种指令，永远不会处于最低功耗状态中。因此，我们必须将CPU需要执行的工作量最小化。这就应该使CPU更快地完成其任务，让MCU迅速返回低功耗模式中。

这儿有一些降低CPU工作时间的技巧。尽量使用最短的数据类型。当写入C代码时，我们很容易忘记一点，即普通的整数常常被定义为16位或32位的数字，即使是在8位MCU的编译器中亦是如此。

对于8位的器件，应默认使用8位字符类型，除非必须使用更长的字节。即使字节长度需要更长，同样可以通过将16位或32位数字分解成几个8位片段，只在数据处理最后阶段才将其连接起来的方法就可以降低代码长度。

如果有额外的内存来使用直接插入码，就应避免使用短循环或子程序调用。每个循环和子程序都会使用额外的CPU周期来确认循环是否完成，或者是将程序计数器推入堆栈和