微控制器省电管理方法

新唐科技的NUC1xx包含NUC101、NUC100、NUC120、NUC130和NUC140，是以ARM Cortex-M0为核心的32位微控制器(MCU)，经由不同时钟的设定，最高可以达到50MHz的运作频率。然而在一般简单控制或系统负载较低时，CPU并不需要执行在最高的运行时钟下即可应付所需要的计算量。这时候，便可以利用系统时钟的控制来降低时钟，以达到省电的目的。

另一种情况是CPU因为等待下一个工作或只需要久久工作一次时，就可以先将CPU进入Idle或Power Down模式，等到一定的时间之后或是有特定的事件发生时，才被唤醒过来进行相关事件的处理。同时，如果系统内没有用到的系统模块，也可以将其关闭以节省不必要的耗电。本文介绍各种不同的省电方法的原理，并提供相关的范例说明。

开关系统模块

在新唐科技NUC1xx中，为了省电的需求，当某个系统模块不使用时，可以将其输入时钟关闭，使其进入关闭的模式，依此来达到省电的效果。在NUC1xx中，几乎所有的系统模块都可以各别被关闭，这些模块包括：Watch Dog Timer、RTC、Timer0~3、I2C0~1、SPI0~3、UART0~2、PWM0~7、CAN、USB、ADC、ACMP、PS2、PDMA、 Flash ISP。不过，并非每颗芯片都包含了所有模块功能，例如CAN模块只在NUC130和NUC140才有此功能，详细说明请参考各芯片的相关文件。

各模块的相关耗电如表1所示。

新唐科技NUC1xx藉由关闭各模块时钟的方式来达到关闭各模块的目的，所以要关闭模块就必须设定相关的时钟控制缓存器。NUX1xx提供AHBCLK Register与APBCLK Register，来控制上文所列出各模块的开关。

系统时钟设定

新唐科技NUC1xx本身的耗电量和它的运行时钟有很大关系。如果运行的时钟高，则耗电高，反之则比较省电，但同时CPU就可能无法负荷大量的运算。因此，如果要同时兼顾大量运算跟省电，就必须能够根据实际上的需求来调整CPU的工作时钟，以求达到最佳的运作效率。

NUC1xx内建了PLL，能使用外部12MHz的晶振或是内部22M振荡器产生系统所需的时钟，由PLL所产生的时钟再经过适当除频，即可作为CPU的工作频率。另外NUC1xx也提供经由外部32KHz的晶振或是内部10KHz 振荡器直接供给作为CPU工作频率的方式。因此，NUC1xx对于工作时钟的设定，提供了很大的灵活性。

IDLE省电模式

新唐科技NUC1xx除了可利用设定最适合的工作时钟来达到省电的目的外，如果在系统完全不需要工作时，还可以将CPU及大部分的硬件关闭，以达到最大的省电效果。这种搭配关闭CPU及大部分硬件的模式，我们称之为省电模式，其中包括了Idle省电模式及Power Down省电模式。下面就Idle省电模式进行说明。

藉由关闭大部分硬件时钟以达到最大省电效率的模式主要有两种，一种是Idle省电模式，另一种是Power Down省电模式。这两种模式最大的不同点是，当系统进入Idle省电模式下时，任何的中断事件都可以重新唤醒CPU，以便让系统可以处理新进的事件。但如果系统处于Power Down省电模式，就只有少数特定的中断事件能够唤醒系统。

由于所谓的Idle模式，实际上就是把CPU的时钟关闭，这样让CPU在没有工作时处在最省电的模式。因为在这个模式下，只是将CPU的时钟关闭，一旦有任何中断事件发生，马上可以打开CPU的时钟来处理相关的事件，所以不会造成处理事件的延迟，同时又可以达到省电效果，是兼顾速度与省电的一种模式。

NUC1xx可以利用ARM Cortex-M0本身提供的WFI/WFE指令进入Idle模式。一旦进入Idle模式，CPU将立刻进入Sleep模式而停止运作，因此在WFI/WFE指令之后的程序都必须等到CPU被唤醒后才会被执行。此时NUC1xx的耗电量将降到约16mA@3.3V-48MHz。

进入Idle省电模式之后，如果要唤醒CPU，回到一般的工作模式，就必须先产生中断信号。该中断信号可以是NUC1xx中的任何模块所产生的中断，也可以通过外部中断的方式来唤醒CPU。需要注意的是，当决定CPU要由某个中断来唤醒时，就必须在进入Idle省电模式前，将该中断设定完成，才能使其产生中断事件来唤醒CPU。

Power Down省电模式

Power Down是新唐科技NUC1xx最省电的一种模式，因为一旦进入Power Down省电模式，晶振时钟会被关闭，整颗NUC1xx呈现静止的状态，这时的耗电量将减到最小的程度。而在此模式下，也只有少数的特定中断事件能够唤醒NUC1xx，使其恢复工作状态。在Power Down模式下，NUC1xx提供了GPIO、USB、UART、RTC、ACMP和CAN的中断唤醒方式。

要进入Power Down省电模式，除了必须呼叫WFI/WFE指令外，在调用WFI/WFE指令之前，必须另将PD_WAIT_CPU和PWR_DOWN_EN两个功能依序打开。已确保CPU先进入Sleep模式后，系统再进入Power