80C51便携式产品中的低功耗设计

Steve,atwelve-year-oldboywithalcoholicparents,wasabouttobelostforever,bytheU.S.educationsystem.Remarkably,hecouldread,yet,inspiteofhisreadingskills,Stevewasfailing.Hehadbeenfailingsincefirstgrade,ashewaspassedonfromgradetograde.Stevewasabigboy,lookingmoreli摘要：通过一个使用钮扣电池的PDA产品的设计实践，介绍80C51系列单片机的低功耗设计理论、原理和使用电池的便携式产品的低功耗设计方法及技巧。
　　关键词：单片机80C51PDA功耗液晶
　　
　　前言
　　
　　80C51单片机由于功能全面、开发工具较为完善、衍生产品丰富、大量的设计资源可以继承和共享，得到广泛的应用。我们设计的一款手持线PDA产品，也选择80C51单片机作为主、辅CPU，还具备点阵液晶显示屏、导电橡胶键盘、双IC卡接口、EEPROM存储器、实时时钟和串行通信口。由于使用80C51单片机开发，高级语言编程，大大降低了设计的技术风险，产品在较短的时间内就推向了市场。
　　
　　但是，同一些低速的微控制器（如4位单片机）和高速的RISC处理器相比，80C51单片机在功耗上没有优势。为了在PDA类产品中发挥80C51单片机的上述特长，我们通过采取软、硬件配合的一系列措施，加强低电压、低功耗设计，取得了良好的效果。该机使用一颗3V钮扣式锂电池，开机时工作电池小于4mA，瞬间最大工作电流小于20mA,瞬间最大工作电流小于20mA，关机电流小于2μA。一颗电池可以使用较长的时间，达到满意的设计指标。
　　
　　一、低电压低功耗设计理论
　　
　　在一个器件中，功耗通常用电流消耗来表示。下式表明消耗的电池与器件特性之间的关系：
　　
　　Icc=C∫Vda≈ΔV·C·f（1）
　　
　　式中：Icc是器件消耗的电流；Δ是电压变化的幅值；C是器件电容和输出容性负载的大小；f是器件运行频率。
　　
　　从公式（1）可以得到降低系统功耗的理论依据。将器件供电电压从5V降低3V，可以至少降低40%的功耗。降低器件的工作频率，也能成比例地降低功耗。
　　
　　80C51的器件电流包括两部分：核心电流和I/O电流，即：
　　
　　Icc=ICORE+II/O(2)
　　
　　核心电流是内部晶体管开关和内部电容充放电所消耗的电流，占有器件电流的较大比例。
　　
　　ICORE=Vcc·CEQ·f(3)
　　
　　式中：Vcc是器件工作电压；CEQ是内部结点和走线的电容，它是器件的固有属性，可由式（3）在一定的电流、电压和频率测试值下计算出来；f是核心工作频率。
　　
　　I/O电流主要是地址/数据总线、RD、WR和ALE信号消耗的电流，在器件电流中占的比例较小，其数值有以下经验公式：
　　
　　II/O=IREAD·（0.8）+IWRITE·（0.2）+ICONTROL（4）
　　
　　IREAD、IWRITE分别是读写状态的I/O电流；ICONTROL是控制信号RD、WR、ALE的电流。以写状态I/O电流为例：
　

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