最近幾年由于人們對環(huán)保的重視，市場上開始關(guān)注節(jié)能低碳的電子產(chǎn)品，對家電等電子產(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。
在智能家電產(chǎn)品通電后，MCU就開始啟動，由于MCU所消耗的電流只占整個家電產(chǎn)品消耗功率的很小一部分，所以通常對其工作電流大小不作要求，只要產(chǎn)品可以正常工作即可。一直到最近幾年，由于人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)保，市場上開始關(guān)注節(jié)能低碳的電子產(chǎn)品，對家電及電子產(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)造成的問題需要大家通過節(jié)約能源來解決；另一方面，大量的電池若沒有按正常渠道回收可能會造成土地和水資源污染。具體來說，低功耗MCU的需求可以歸納為以下幾種情況。
1. 一般家電電源來自電源插頭，當(dāng)插頭插在插座上，即使家電沒有啟用也會消耗一些功率，通常來說這些消耗的功率越少越好。
2. 家電若具有時鐘功能，則當(dāng)插頭離開插座后，時鐘所需的電源需靠內(nèi)部電池提供，因此電池必須能夠維持較長時間。
3. 具有遙控功能的電器需維持較低的待機電流。
4. 使用電池供電的電器用品其電池使用壽命要越長越好。
5. 使用太陽能電池來代替使用一般電池的電子產(chǎn)品。
通過以上五點可詳細(xì)地說明低功耗MCU在家電上的應(yīng)用。就第一點來說，目前許多家電插頭一直插在插座上，這樣即使沒有使用也會消耗部分電流，所以環(huán)保人士才會極力倡導(dǎo)電器在沒有使用的時候把插頭拔掉。但是人們難免有時候會忘記拔掉插頭，此時便可以使用低功耗MCU來降低待機電流。
為了讓待機電流降低，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，MCU內(nèi)部會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的緣故也會大幅降低，兩者的耗電比例最大可以相差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 為了讓待機電流降低，MCU需將系統(tǒng)頻率切換為低速模式
另一個大幅降低待機電流的方式是MCU進入IDLE模式。在此模式下，MCU已經(jīng)不執(zhí)行程序，僅啟動部分計時功能，MCU每隔一段時間會因定時器溢位而被喚醒。在IDLE模式里，中斷及喚醒功能仍然有效，當(dāng)然也可通過外部按鍵的方式喚醒MCU，使其離開省電模式重新回到一般工作模式。
就第二點來說，一般家庭的各種電器用品都可能具有時鐘功能，尤其是廚房內(nèi)的家電，例如電子鍋、電飯鍋、微波爐、烤箱、烘碗機、豆?jié){機、果菜機等等。以電子鍋為例，平常插頭插在插座上時，MCU的電源來自電力公司的交流電，并對電子鍋內(nèi)部時鐘的充電電池充電；當(dāng)插頭拔掉時，電子鍋還要繼續(xù)計時，此時就靠電池提供電源給MCU內(nèi)部的計時電路。如果在下次插頭重新插入之前電池耗盡，時鐘就會不準(zhǔn)且無法繼續(xù)計時，而且充電電池也可能因為過度放電而很快損耗掉。
為了提供一個省電的時鐘功能，MCU必須具有一個省電的32,768Hz晶體振蕩器電路（LXT），且在MCU進入IDLE模式時，該振蕩器電路還能繼續(xù)工作，時鐘也可以繼續(xù)計時，LCD可以繼續(xù)運行，以顯示目前的時間，這些功能加起來的耗電流必須要足夠低才可以讓電池供電，并維持更久的時間。圖2顯示了選用LXT作為計時來源時，最長可以每秒產(chǎn)生1次計時中斷。
圖2 選用LXT作為計時來源時，最長可以每秒產(chǎn)生1次計時中斷
至于第三點，許多家電、音響、電視都會有遙控器接收電路，以方便使用該電器的各種選項及設(shè)定功能。當(dāng)這些電器關(guān)閉時，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，否則待機電流一直存在，這也會造成能源的浪費。若是能把此時的耗電降至最低，對節(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就是降低此時待機電流的好方法。
為了能夠隨時偵測到遙控器發(fā)射的紅外線載波信號，紅外線的接收電路必須永遠保持工作狀態(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運行在可以接受紅外線遙控器信號的最低工作頻率，從而節(jié)省其工作時的耗電。
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)時工作的系統(tǒng)頻率，從而完成良好的電源管理。
圖3 HT66FX0系統(tǒng)頻率與工作電流的關(guān)系：統(tǒng)頻率降低，工作電流也會跟著降低
圖3說明了在同樣電壓下，系統(tǒng)頻率降低，工作電流也會跟著降低。在電壓5V、系統(tǒng)頻率12MHz時，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，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，工作電流約降至1.5mA，比工作在12MHz時約減少50%。
家用電器的省電設(shè)計構(gòu)思
第四點意味著對使用電池的產(chǎn)品而言，在符合成本的原則下，應(yīng)選擇消耗功率最小的MCU，因為電池廢棄物的處理對環(huán)境影響很大，且電池內(nèi)部的重金屬會污染水資源及土地。比如家庭中廚房秤、遙控器以及某些具有時鐘功能的小家電都會使用到電池，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，這樣不僅減少購買電池的費用，也減少了電池的使用量。
第五點中提到使用太陽能電池，這可更進一部減少電池的用量，對環(huán)境保護將發(fā)揮最大的效果。我們?？吹揭恍╇娮佑嬎闫魇褂锰柲軄砉╇?，如果低功耗MCU工作的電流及電壓都大幅降低，則也有機會使用太陽能電池。在功耗需求較低的產(chǎn)品上，如溫度計、濕度計、體溫計、電子表、LCD顯示電子鐘等，使用小瓦數(shù)的太陽能電池就足夠應(yīng)付MCU所消耗的電流。太陽能是最環(huán)保的能源，只要有太陽，產(chǎn)品就可以工作，不需擔(dān)心電池耗盡問題，也不需更換電池，因而也不會造成環(huán)境污染。
對第四點及第五點來說，使用可以工作在1.5V的MCU是最佳的解決方法，因為1.5V MCU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最低。但因為1.5V MCU技術(shù)難度較高，市面上并不多見。盛群半導(dǎo)體提供的HT46R01M、HT46R02M、HT48R01M、HT48R02M MCU就是工作電壓為1.5V的MCU。
結(jié)語
低功耗MCU在家電產(chǎn)品上的應(yīng)用將會越來越廣，同時因為技術(shù)的進步，低功耗MCU將會有越來越多的產(chǎn)品出現(xiàn)，幾乎每一家MCU大廠都提供低功耗MCU讓客戶選擇，例如盛群半導(dǎo)體的Tiny Power MCU系列，不管是一次刻錄的還是多次刻錄的都可提供，選擇適合產(chǎn)品使用的低功耗MCU也非常重要。
下載文檔
