作者：Microchip公司高档单片机架构部运用工程司理David Otten / Microchip公司医疗产品部资深运用工程师Joel Mach
工业细分商场中的便携式运用要求低功耗、牢靠和高功用。这类工业运用的比如包含条形码读码器、装运数据记录器、高速公路盯梢设备、降噪耳机、小型电机操控以及电池充电器。一切需求电池供电、零污染或移动性的设备都具有类似的规划要求。
规划人员怎么应对这些应战？新一代的安稳牢靠、功用丰厚且经济高效的单片机现已上市。本文将介绍最新的单片机特性和一些规划留意事项，以协助规划人员应对工业运用中的这些要求。
使单片机在尽可能长的时刻内坚持在最低功耗状况是最大化电池寿数的首要方针。运转速度快、唤醒时刻短也就意味着均匀功耗低，如图1所示。单片机在高功率状况下完结作业的速度越快，坚持低功耗状况的时刻就越长。
图1 MCU电流耗费—时刻曲线
可是，要延伸电池寿数，下降功耗只完结了一半，还应充分利用电池。为此，选用支撑低电压作业的单片机十分有价值。图2显现了Energizer 供给的碱性电池和扣子式锂电池在典型数据记录器中的运用寿数。此运用大多数时刻处于低功耗状况，偶然唤醒以处理信息。碱性AAAA电池的主张保质期为五 年。能够看到，碱性电池和锂电池均从低作业电压中获益。在此例中，与等效的2V单片机比较，会额外添加六个月的电池寿数。
图2 数据记录器电池功用示例
规划高功用和安稳的工业运用的另一留意事项是单片机的振荡器特性，其重要性经常被轻视。振荡器特性会影响许多方面，包含功用、体系本钱、可制作性和牢靠性。
新式单片机以更高的速度作业，并且能够在没有外部时钟源的情况下全速运转。还供给多种内部生成的时钟频率。这样软件能够跟着电压下降而切换到较低频率，以坚持在作业标准规模内，或许在衔接电源后进步速度。
制作过程中另一个常见应战是晶振有时不能牢靠起振。形成这一问题的一些常见原因有元件质量改变、助焊剂残留和布线忽略。挑选高质量晶振以及施行某些布线和测 试技能（如负电阻测验）能够避免其间的许多问题，这些技能可从晶振和单片机制作商处获取。若答应装备晶振偏压也会有协助，尤其是关于低频电路。这答应添加 偏压，以保证在各种条件下均能牢靠起振，或许削减偏压以下降功耗。一些额外的作业将协助制作团队避免这些类型的扎手问题。
一个可进步牢靠性的超卓特性是毛病维护时钟监督器。它能够继续监督体系时钟转化。一旦错失几回转化，它会主动将时钟源切换到内部振荡器并中止CPU。这样单片机可坚持要害功用并履行有序封闭。
虽然经过精心规划，低电压单片机可用于高牢靠性运用， 但有时仍需求5V作业。它能够简化电路板布线、进步抗噪声才能并进步对传统规划的支撑。可是，跟着规划尺度的减小，新的5V单片机的可用性也在下降。芯片 制作商意识到对这些器材的需求依然很大，因此开发出了新的高电压作业技能，找到了使更小、更廉价的单片机以较高电压运转的新方法。这关于寻求5V作业优势 的规划人员来说是个好消息。
为了进一步进步抗噪声才能，端口和外设引脚运用多个输入缓冲器。不同的功用可能有不同的输入缓冲器类型，虽然它们在同一个引脚上复用。施密特触发器的输入可供给比同类TTL器材更广大的输入阈值规模，并可进步体系的噪声容限。
较高的端口驱动才能是另一个重要的规划留意事项。这不仅仅是直接驱动LED。较高的端口驱动才能能够避免在熟知的简单引进噪声的电路（如开关式稳压器和高速PWM信号）邻近发生无用耦合，但潜在的价值是会增大辐射噪声。端口引脚上的小型RC滤波器将有助于抵消这些作用，一起坚持高驱动才能的优势。
内部数据EEPROM好像与软盘驱动器和8音轨播放器相同成为曩昔。这是制作商转向小型工艺尺度的天然成果，这也使集成的本钱昂扬。一些软件解决方案运用闪存来仿真数据 EEPROM，可是，部分运用需求独立的数据存储。最新的单片机产品可供给高耐用性的数据EEPROM，并且仍坚持高性价比。其额外擦/写次数高达10万次。留意写操作的最小电压规模，其有时会高于单片机的最小作业电压，这会约束有用的作业规模。
图3 流量计示例
如图3 所示，流量计是阐明本文包括的主题的一个好比如。单片机的集成充电时刻丈量单元（CTMU）可读取流量计的流量、温度和%&&&&&%式触摸板。运用12位差分模数转化器（ADC）和参阅电压来监督电池电压。超低功耗唤醒模块履行定时唤醒。如此例所示，挑选正确的单片机将供给安稳牢靠且内部功用强大的低功耗解决方案。
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