低功耗MCU在家電產(chǎn)品上的應(yīng)用-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯低功耗MCU在家電產(chǎn)品上的應(yīng)用-基礎(chǔ)電子近幾年由于人們對(duì)環(huán)保的重視，市場(chǎng)上開(kāi)始關(guān)注節(jié)能低碳的電子產(chǎn)品，對(duì)家電等電子產(chǎn)品的低功耗性能也提高了要求，低功耗MCU在家庭的各種電器產(chǎn)品上將占據(jù)重要地位。

一般家庭中的電子產(chǎn)品包括各式各樣的大家電、小家電及各種電子信息產(chǎn)品，以前很少有低功耗MCU的需求。這是因?yàn)榧译娛峭ㄟ^(guò)插座提供的110V或220V交流電供電的，除了停電之外，插座交流電能夠穩(wěn)定地提供給家電所需的電流，且家庭中較耗電的電器用品通常是馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、壓縮機(jī)啟動(dòng)、加熱器加熱、燈具啟動(dòng)等，所以在早期的家電產(chǎn)品中幾乎沒(méi)有MCU在里面。后來(lái)隨著智能家電產(chǎn)品開(kāi)始流行，MCU漸漸地被集成到家電產(chǎn)品的電子電路中，并增加了許多功能。

在智能家電產(chǎn)品通電后，MCU就開(kāi)始啟動(dòng)，由于MCU所消耗的電流只占整個(gè)家電產(chǎn)品消耗功率的很小一部分，所以通常對(duì)其工作電流大小不作要求，只要產(chǎn)品可以正常工作即可。一直到近幾年，由于人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)保，市場(chǎng)上開(kāi)始關(guān)注節(jié)能低碳的電子產(chǎn)品，對(duì)家電及電子產(chǎn)品的低耗能也提高了要求，因此低功耗MCU在家庭的各種電器產(chǎn)品上開(kāi)始占據(jù)重要地位。

低功耗MCU的需求原因

在電子產(chǎn)品上需要低功耗MCU的原因大部分出自環(huán)保的考慮：一方面，地球溫室效應(yīng)造成的問(wèn)題需要大家通過(guò)節(jié)約能源來(lái)解決；另一方面，大量的電池若沒(méi)有按正常渠道回收可能會(huì)造成土地和水資源污染。具體來(lái)說(shuō)，低功耗MCU的需求可以歸納為以下幾種情況。

1.一般家電電源來(lái)自電源插頭，當(dāng)插頭插在插座上，即使家電沒(méi)有啟用也會(huì)消耗一些功率，通常來(lái)說(shuō)這些消耗的功率越少越好。

2.家電若具有時(shí)鐘功能，則當(dāng)插頭離開(kāi)插座后，時(shí)鐘所需的電源需靠?jī)?nèi)部電池提供，因此電池必須能夠維持較長(zhǎng)時(shí)間。

3.具有遙控功能的電器需維持較低的待機(jī)電流。

4.使用電池供電的電器用品其電池使用壽命要越長(zhǎng)越好。

5.使用太陽(yáng)能電池來(lái)代替使用一般電池的電子產(chǎn)品。

通過(guò)以上五點(diǎn)可詳細(xì)地說(shuō)明低功耗MCU在家電上的應(yīng)用。就點(diǎn)來(lái)說(shuō)，目前許多家電插頭一直插在插座上，這樣即使沒(méi)有使用也會(huì)消耗部分電流，所以環(huán)保人士才會(huì)極力倡導(dǎo)電器在沒(méi)有使用的時(shí)候把插頭拔掉。但是人們難免有時(shí)候會(huì)忘記拔掉插頭，此時(shí)便可以使用低功耗MCU來(lái)降低待機(jī)電流。

為了讓待機(jī)電流降低，MCU需將系統(tǒng)頻率切換為低速模式，如圖1，當(dāng)系統(tǒng)頻率切換為fL時(shí)，MCU內(nèi)部會(huì)將高速振蕩器電路關(guān)掉，以節(jié)省其耗電電流。除此之外，整個(gè)MCU執(zhí)行指令的耗電電流因系統(tǒng)頻率切換為fL的緣故也會(huì)大幅降低，兩者的耗電比例可以相差100倍（2毫安與20微安的差異）（注：圖中高頻系統(tǒng)振蕩器有3種選擇，低頻系統(tǒng)振蕩器有2種選擇，一般高頻的系統(tǒng)振蕩器約在0.4MHz以上，低頻系統(tǒng)振蕩器約32kHz）。

圖1為了讓待機(jī)電流降低，MCU需將系統(tǒng)頻率切換為低速模式

另一個(gè)大幅降低待機(jī)電流的方式是MCU進(jìn)入IDLE模式。在此模式下，MCU已經(jīng)不執(zhí)行程序，僅啟動(dòng)部分計(jì)時(shí)功能，MCU每隔一段時(shí)間會(huì)因定時(shí)器溢位而被喚醒。在IDLE模式里，中斷及喚醒功能仍然有效，當(dāng)然也可通過(guò)外部按鍵的方式喚醒MCU，使其離開(kāi)省電模式重新回到一般工作模式。

就第二點(diǎn)來(lái)說(shuō)，一般家庭的各種電器用品都可能具有時(shí)鐘功能，尤其是廚房?jī)?nèi)的家電，例如電子鍋、電飯鍋、微波爐、烤箱、烘碗機(jī)、豆?jié){機(jī)、果菜機(jī)等等。以電子鍋為例，平常插頭插在插座上時(shí)，MCU的電源來(lái)自電力公司的交流電，并對(duì)電子鍋內(nèi)部時(shí)鐘的充電電池充電；當(dāng)插頭拔掉時(shí)，電子鍋還要繼續(xù)計(jì)時(shí)，此時(shí)就靠電池提供電源給MCU內(nèi)部的計(jì)時(shí)電路。如果在下次插頭重新插入之前電池耗盡，時(shí)鐘就會(huì)不準(zhǔn)且無(wú)法繼續(xù)計(jì)時(shí)，而且充電電池也可能因?yàn)檫^(guò)度放電而很快損耗掉。

為了提供一個(gè)省電的時(shí)鐘功能，MCU必須具有一個(gè)省電的32,768Hz晶體振蕩器電路（LXT），且在MCU進(jìn)入IDLE模式時(shí)，該振蕩器電路還能繼續(xù)工作，時(shí)鐘也可以繼續(xù)計(jì)時(shí)，LCD可以繼續(xù)運(yùn)行，以顯示目前的時(shí)間，這些功能加起來(lái)的耗電流必須要足夠低才可以讓電池供電，并維持更久的時(shí)間。圖2顯示了選用LXT作為計(jì)時(shí)時(shí)，長(zhǎng)可以每秒產(chǎn)生1次計(jì)時(shí)中斷。

圖2選用LXT作為計(jì)時(shí)時(shí)，長(zhǎng)可以每秒產(chǎn)生1次計(jì)時(shí)中斷

至于第三點(diǎn)，許多家電、音響、電視都會(huì)有遙控器接收電路，以方便使用該電器的各種選項(xiàng)及設(shè)定功能。當(dāng)這些電器關(guān)閉時(shí)，并不是完全關(guān)閉電源，遙控器的接收電路還在繼續(xù)工作，除非把插頭拔掉，否則待機(jī)電流一直存在，這也會(huì)造成能源的浪費(fèi)。若是能把此時(shí)的耗電降至，對(duì)節(jié)能省電也有不小的幫助，接收遙控器電路的MCU如果本身使用低功耗MCU就是降低此時(shí)待機(jī)電流的好方法。

為了能夠隨時(shí)偵測(cè)到遙控器發(fā)射的紅外線(xiàn)載波信號(hào)，紅外線(xiàn)的接收電路必須永遠(yuǎn)保持工作狀態(tài)，為此基本的耗電是免不了的，節(jié)能的可行方法是將MCU的系統(tǒng)頻率降低，讓MCU運(yùn)行在可以接受紅外線(xiàn)遙控器信號(hào)的工作頻率，從而節(jié)省其工作時(shí)的耗電。

在圖1的例子中，MCU的系統(tǒng)頻率可以在fH、fH/2、fH/4、fH/8、fH/16、fH/32、fH/64、fL等8種頻率中進(jìn)行選擇，所以MCU可以根據(jù)本身的工作內(nèi)容需求，選擇適合當(dāng)時(shí)工作的系統(tǒng)頻率，從而完成良好的電源管理。

圖3HT66FX0系統(tǒng)頻率與工作電流的關(guān)系：統(tǒng)頻率降低，工作電流也會(huì)跟著降低

圖3說(shuō)明了在同樣電壓下，系統(tǒng)頻率降低，工作電流也會(huì)跟著降低。在電壓5V、系統(tǒng)頻率12MHz時(shí)，MCU的工作電流約3mA；但是當(dāng)系統(tǒng)頻率選擇fH/2，也就是6MHz時(shí)，工作電流降至2.2mA，約減少27%；當(dāng)系統(tǒng)頻率選擇fH/4，也就是3MHz時(shí)，工作電流約降至1.5mA，比工作在12MHz時(shí)約減少50%。

家用電器的省電設(shè)計(jì)構(gòu)思

第四點(diǎn)意味著對(duì)使用電池的產(chǎn)品而言，在符合成本的原則下，應(yīng)選擇消耗功率的MCU，因?yàn)殡姵貜U棄物的處理對(duì)環(huán)境影響很大，且電池內(nèi)部的重金屬會(huì)污染水資源及土地。比如家庭中廚房秤、遙控器以及某些具有時(shí)鐘功能的小家電都會(huì)使用到電池，若是使用低功耗MCU，則可以減少電池用量，從而減少環(huán)境污染。減少電池用量可以從降低MCU的工作電流做起，同樣功能的MCU，若是選擇消耗電流減少一半的，則電池使用壽命將增加一倍，這樣不僅減少購(gòu)買(mǎi)電池的費(fèi)用，也減少了電池的使用量。

第五點(diǎn)中提到使用太陽(yáng)能電池，這可更進(jìn)一部減少電池的用量，對(duì)環(huán)境保護(hù)將發(fā)揮的效果。我們常看到一些電子計(jì)算器使用太陽(yáng)能來(lái)供電，如果低功耗MCU工作的電流及電壓都大幅降低，則也有機(jī)會(huì)使用太陽(yáng)能電池。在功耗需求較低的產(chǎn)品上，如溫度計(jì)、濕度計(jì)、體溫計(jì)、電子表、LCD顯示電子鐘等，使用小瓦數(shù)的太陽(yáng)能電池就足夠應(yīng)付MCU所消耗的電流。太陽(yáng)能是環(huán)保的能源，只要有太陽(yáng)，產(chǎn)品就可以工作，不需擔(dān)心電池耗盡問(wèn)題，也不需更換電池，因而也不會(huì)造成環(huán)境污染。

對(duì)第四點(diǎn)及第五點(diǎn)來(lái)說(shuō)，使用可以工作在1.5V的MCU是的解決方法，因?yàn)?.5VMCU除了可以使用1顆電池供電外，其本身所消耗的電流也可以降至。但因?yàn)?.5VMCU技術(shù)難度較高，市面上并不多見(jiàn)。盛群半導(dǎo)體提供的HT46R01M、HT46R02M、HT48R01M、HT48R02MMCU就是工作電壓為1.5V的MCU。

結(jié)語(yǔ)

低功耗MCU在家電產(chǎn)品上的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣，同時(shí)因?yàn)榧夹g(shù)的進(jìn)步，低功耗MCU將會(huì)有越來(lái)越多的產(chǎn)品出現(xiàn)，幾乎每一家MCU大廠都提供低功耗MCU讓客戶(hù)選擇，例如盛群半導(dǎo)體的TinyPowerMCU系列，不管是刻錄的還