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80C51便攜式產(chǎn)品中的低功耗設(shè)計(jì)
摘要：通過一個(gè)使用鈕扣電池的PDA產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)踐，介紹80C51系列單片機(jī)的低功耗設(shè)計(jì)理論、原理和使用電池的便攜式產(chǎn)品的低功耗設(shè)計(jì)方法及技巧。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 80C51 PDA 功耗 液晶
前言
80C51單片機(jī)由于功能全面、開發(fā)工具較為完善、衍生產(chǎn)品豐富、大量的設(shè)計(jì)資源可以繼承和共享，得到廣泛的應(yīng)用。我們設(shè)計(jì)的一款手持線PDA產(chǎn)品，也選擇80C51單片機(jī)作為主、輔CPU，還具備點(diǎn)陣液晶顯示屏、導(dǎo)電橡膠鍵盤、雙IC卡接口、EEPROM存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和串行通信口。由于使用80C51單片機(jī)開發(fā)，高級語言編程，大大降低了設(shè)計(jì)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)品在較短的時(shí)間內(nèi)就推向了市場。
但是，同一些低速的微控制器（如4位單片機(jī)）和高速的RISC處理器相比，80C51單片機(jī)在功耗上沒有優(yōu)勢。為了在PDA類產(chǎn)品中發(fā)揮80C51單片機(jī)的上述特長，我們通過采取軟、硬件配合的一系列措施，加強(qiáng)低電壓、低功耗設(shè)計(jì)，取得了良好的效果。該機(jī)使用一顆3V鈕扣式鋰電池，開機(jī)時(shí)工作電池小于4mA，瞬間最大工作電流小于20mA,瞬間最大工作電流小于20mA，關(guān)機(jī)電流小于2μA。一顆電池可以使用較長的時(shí)間，達(dá)到滿意的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
一、低電壓低功耗設(shè)計(jì)理論
在一個(gè)器件中，功耗通常用電流消耗來表示。下式表明消耗的電池與器件特性之間的關(guān)系：
Icc=C∫Vda≈ΔV·C·f （1）
式中：Icc是器件消耗的電流；Δ是電壓變化的幅值；C是器件電容和輸出容性負(fù)載的大��；f是器件運(yùn)行頻率。
從公式（1）可以得到降低系統(tǒng)功耗的理論依據(jù)。將器件供電電壓從5V降低3V，可以至少降低40%的功耗。降低器件的工作頻率，也能成比例地降低功耗。
80C51的器件電流包括兩部分：核心電流和I/O電流，即：
Icc=ICORE+II/O (2)
核心電流是內(nèi)部晶體管開關(guān)和內(nèi)部電容充放電所消耗的電流，占有器件電流的較大比例。
ICORE=Vcc·CEQ·f (3)
式中：Vcc是器件工作電壓；CEQ是內(nèi)部結(jié)點(diǎn)和走線的電容，它是器件的固有屬性，可由式（3）在一定的電流、電壓和頻率測試值下計(jì)算出來；f是核心工作頻率。
I/O電流主要是地址/數(shù)據(jù)總線、RD、WR和ALE信號消耗的電流，
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