傳統(tǒng)的低功耗 MCU 設(shè)計都是以8位MCU為主，因為8 位內(nèi)核閾門相對較少，運行或泄露電流低，售價也相對低廉。但是，許多新興的應(yīng)用都需要比8位內(nèi)核更大的處理效率。近年智慧生活的抬頭、物聯(lián)網(wǎng)的建立，手持式消費性電子產(chǎn)品與無線功能需求越來越高、設(shè)計越來越復(fù)雜，要提高性能的同時又要兼顧低功耗，需要有一高性能低功耗的主控 MCU 來作為平臺。另一方面，工業(yè)上的智能化也在展開，如遠程監(jiān)控、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等。簡單說來，就是人物之連結(jié) (云端應(yīng)用)、物物之連結(jié) (物聯(lián)網(wǎng)) 需求越來越多，導(dǎo)致產(chǎn)品功能越來越復(fù)雜，運算量越來越高，2009 年 ARM 發(fā)表了 32 位 CortexTM-M0 內(nèi)核，提供 MCU 廠商一個強而有力的平臺，加上制程微縮技術(shù)的進步，嵌入式閃存制程普及化及降價，主要成本來自內(nèi)存大小及模擬外圍和IO管腳數(shù)量，CPU內(nèi)核的成本差異已大幅縮短，更促進了高性價比 32 位低功耗 MCU 的快速發(fā)展。MCU功耗來自何處
在開始討論低功耗MCU設(shè)計前，必須先探討MCU功耗的來源，其主要由靜態(tài)功耗及運行功耗兩部分組成。考慮實際的應(yīng)用，最后決定系統(tǒng)功耗性能指針則必須計算平均功耗。運行功耗
現(xiàn)代 MCU 已整合相當多的的模擬外圍，不能單純考慮數(shù)字電路的動態(tài)功耗。MCU 運行時的總功耗由模擬外圍功耗和數(shù)字外圍的動態(tài)功耗相加而得。模擬電路的功耗通常由工作電壓及其性能要求指針來決定，例如 100 ns 傳遞延遲 (Propogation Delay) 的比較器工作電流可能約為 40 微安，當允許傳遞延遲規(guī)格為 1 μs 時，工作電流有機會降到個位數(shù)微安。
數(shù)字電路的動態(tài)功耗主要來自開關(guān)頻率、電壓及等效負載電容，其計算公式如下：
PDynamic (動態(tài)功耗) ~ f (工作頻率) x CL (等效負載電容) x VDD2 (工作電壓)
由以上公式可以理解到降低動態(tài)功耗最直接的方式為降低工作電壓及工作頻率。但 MCU 實際應(yīng)用面通常要求更寬廣的工作電壓及更高的效能。在降低工作電壓方面，可以選擇更新近的制程，并透過 LDO 讓 CPU 內(nèi)核、數(shù)字電路及與管腳輸出入電壓無關(guān)的模擬外圍在低壓操作，IO 管腳及需要與其他外部電路連接的模擬外圍則在較高的系統(tǒng)電壓操作。如此可以兼顧低功耗及寬工作電壓的需求。在降低工作頻率這項參數(shù)上，一個設(shè)計優(yōu)良的 32 位 MCU更能突顯其效能優(yōu)勢，除了直覺的 MIPS 比較之外，32 位總線也代表更高的數(shù)據(jù)存取帶寬，能以更低的工作頻率達到相同的效能，進而降低整體功耗。另外，如果 MCU 內(nèi)建與操作頻率相關(guān)的模擬外圍，例如石英晶體震蕩電路、嵌入式閃存或電流式 DAC，其電流消耗與轉(zhuǎn)換頻率成正比，也要納入低功耗 MCU 的動態(tài)功耗設(shè)計考慮。平均功耗計算范例
為了讓讀者更具體了解平均功耗的計算，以新唐科技的低功耗 32位 MCU Nano 系列及血糖計應(yīng)用為例，進行使用年限的預(yù)估。新唐的 Nano 系列低功耗 32位 MCU 的 CPU 內(nèi)核為 CortexTM-M0，具有 200uA/MHz 低運行功耗、待機電流僅需1uA、7uS快速喚醒、多重時鐘訊號來源及多種工作模式，多達 128 KB Flash、16K SRAM 及 12位 ADC、12位 DAC、SPI、I2C、I2S、UART、LCD、Touch Key 等豐富外圍，符合低功耗、高性能 MCU 應(yīng)用需求。
此血糖計范例采用 CR2032 230 mAh 電池，使用方式、運行功耗及靜態(tài)功耗如下表所示。

使用年限的計算方式請參考下表。量測時間比例、顯示時間比例及待機時間比例可由上表求得。例如，量測時間比例為 “6 次 x 0.25 分鐘 / (60 x 24) 分鐘 = 0.1%”。其余時間比例依此類推。量測平均電流為 “量測時間比例 x (MCU運行耗電流 +外部量測電路耗電流 +待機(含RTC)耗電流 + LCD 耗電流 + CR2032 自放電)”。顯示平均電流為 “顯示時間比例 x (待機(含RTC)耗電流 + LCD 耗電流 + CR2032 自放電)”。待機平均電流為 “待機時間比例 x (待機(含RTC)耗電流 + CR2032 自放電)”。最后計算出使用年限約為 2.77年。由于待機時間比例高達 99%，故血糖計應(yīng)用待機電流為延長使用年限最重要的參數(shù)。

結(jié)論
低功耗MCU設(shè)計是一個需要多面向考慮的復(fù)雜工作，本文僅闡述基本設(shè)計理念。開發(fā)低功耗 MCU 產(chǎn)品時，不只要挑戰(zhàn)電路設(shè)計的高困難度，更要由客戶應(yīng)用的角度考慮性價比，功能最強的不一定是最好的。往往性價比最適合的才能在市場上取得成功。由于智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、遠程控制、自動化管理等低功耗高效能應(yīng)用需求量持續(xù)增加，在可以預(yù)見的未來，32位低功耗MCU將逐漸取代8/16位低功耗MCU，成為市場主流。
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的32位mips运算器logisim_很多网友问32位低功耗MCU设计的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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