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改善8051系統(tǒng)用電效率的微控制器
摘要：一種改進(jìn)架構(gòu)的高性能8051設(shè)計(jì)、外圍功能集成、選用合適的時(shí)鐘源以降低功耗；并介紹節(jié)省電能的軟件技術(shù)及采用待機(jī)模式降低功耗的技巧。關(guān)鍵詞：停機(jī)模式 空閑模式 功率管理模式
便攜式產(chǎn)品的功能和性能日新月異。消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品性能的要求也越來(lái)越高，需要更強(qiáng)大的運(yùn)算能力支持；另一方面，希望產(chǎn)品具有更低的功耗。
盡管已經(jīng)出現(xiàn)了很多功耗處理器，但它們的性能通常很有限。Dallas公司的系列高速微控制器在性能和功耗之間取得了一個(gè)很好的折衷，采用了8051架構(gòu)——世界上最流行的微控制器之一。簡(jiǎn)單易用、豐富的I/O資源使這種微控制器深受設(shè)計(jì)者的喜愛(ài)，并被廣泛接受。它的流行勢(shì)頭已蔓延到了便攜式領(lǐng)域，在很多應(yīng)用中都有其用武之地。
本文旨在探討使用8051控制器時(shí)，如何降低功率的消耗，重點(diǎn)介紹一種改進(jìn)架構(gòu)的高性能8051設(shè)計(jì)。
1 時(shí)鐘頻率
任何微控制器設(shè)計(jì)中，決定功耗的一個(gè)首要因素就是系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率。互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝的器件功耗直接正比于時(shí)鐘頻率。因此，從省電的角度考慮，將處理器運(yùn)行于盡可能低的頻率比較有利。
圖1表示一個(gè)普通的8051微控制器的典型功率曲線，一個(gè)被所有便攜系統(tǒng)設(shè)計(jì)得所熟知的關(guān)系。一般來(lái)講，電流隨頻率的變化曲線為線性，具有一定的DC偏移。這個(gè)靜態(tài)電流由片由的靜態(tài)電路所消耗，例如比較器、運(yùn)算放大器等。其數(shù)值一般很�。�<1mA），是一個(gè)不可忽略的固定吸收電流。
任何功率受限的設(shè)計(jì)都應(yīng)該考慮采用盡可能慢的運(yùn)行速度。決定最低系統(tǒng)頻率，也就是最低功耗的，有很多因素，包括期望得到的系統(tǒng)性能、中斷響應(yīng)延盡等。不管采用什么標(biāo)準(zhǔn)，最終目標(biāo)是相同的：使器件的工作頻率盡可能地靠近應(yīng)用的需求。
2 高速內(nèi)核
要降低基于8051系統(tǒng)的功率消耗，最直接的辦法就是改善微控制器的效率。8051最初的設(shè)計(jì)采用了一個(gè)12時(shí)鐘周期、每機(jī)器周期兩次取指的架構(gòu)。然而，高速微控制器采用的是每機(jī)器周期4個(gè)、甚至1個(gè)時(shí)鐘的內(nèi)核。它們具有更高的運(yùn)算效率，執(zhí)行一個(gè)指令需要很少的時(shí)鐘周期，具有更快的運(yùn)行速度和更高的時(shí)鐘頻率。
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