金鷺

南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 江蘇南京 210039

當(dāng)前時(shí)代下，便攜式智能儀器儀表發(fā)展過程中存在的難題就是功率損耗問題，電子系統(tǒng)領(lǐng)域中多數(shù)尋求降低功率損耗的設(shè)計(jì)方案以及降低功率損耗的相關(guān)技術(shù)。同時(shí)，降低功率損耗的設(shè)計(jì)方案是電子體統(tǒng)達(dá)成節(jié)約能源、綠色環(huán)保以及智能化方針的關(guān)鍵技術(shù)。因此，研究并開發(fā)切實(shí)有效的降低功率損耗技術(shù)，可達(dá)到綠色環(huán)保、節(jié)約能源的理念，并對(duì)電子系統(tǒng)的發(fā)展有著良好積極的影響。

1 選擇降低功率損耗的設(shè)計(jì)方案

降低功率損耗設(shè)計(jì)方案在電子系統(tǒng)中會(huì)有多種技術(shù)涉及在其中，如顯示、集成電路、系統(tǒng)集成等先進(jìn)技術(shù)的高速發(fā)展，能夠促進(jìn)降低功率損耗技術(shù)的完善。因此，應(yīng)選擇合適的技術(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的降低功率損耗方案，并在設(shè)計(jì)的過程中需嚴(yán)格遵守各項(xiàng)原則，圍繞當(dāng)下降低功率損耗技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，依照不同的實(shí)際需求，確立降低功率損耗技術(shù)的參數(shù)，以達(dá)到降低功率損耗技術(shù)設(shè)計(jì)初的預(yù)期。

2 優(yōu)先選擇具備降低功率損耗特點(diǎn)的單片機(jī)

現(xiàn)階段，高密度互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝正在不斷的被應(yīng)用到單片機(jī)中，使降低功率損耗技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。以80C31單片機(jī)以及8751/8051/8031單片機(jī)舉例，80C31單片機(jī)主要采用高密度互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝，而8751/8051/8031單片機(jī)主要采用高性能金屬氧化物半導(dǎo)體工藝，兩種單片機(jī)在同等功率供給下，80C31單片機(jī)的功率損耗只有8751/8051/8031單片機(jī)功率損耗10%。同時(shí)，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的3微米工藝通過研究與開發(fā)已經(jīng)發(fā)展成可實(shí)際應(yīng)用的0．2微米工藝，并且采用全靜態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)在直流至數(shù)十兆赫茲范圍內(nèi)任意選擇始終頻率，同時(shí)在運(yùn)行過程中能夠最大限度的降低功率損耗。單片機(jī)在正常運(yùn)行的過程中能否使用降低功率損耗模式是大眾所關(guān)注的重點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)，大部分擁有降低功率損耗模式的單片機(jī)都能夠在一定的低電壓環(huán)境下進(jìn)行常規(guī)運(yùn)行[1]。

3 選擇降低功率損耗的外圍器件與電路

顯示器件，通信接口、數(shù)字集成、接口集成以及各種儲(chǔ)存器集成等電路都是常用的外圍器件以及電路。對(duì)于接口集成電路降低功率損耗模式以及存儲(chǔ)器集成電路降低功率損耗模式來說，同樣是以高密度互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝為主，如型號(hào)27C64/工作電流30．0mA/維持電流 1．0mA/，型號(hào) 27C256/工作電流 30．0mA/維持電流 1．0mA/，型號(hào) 6116/工作電流 32．0mA/維持電流 0．1mA/，型號(hào)28C64/工作電流30．0mA/維持電流5．0mA/等常用以高密度互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝為主的存儲(chǔ)器，其容量與實(shí)際功耗并無太大關(guān)聯(lián)，但需要大容量存儲(chǔ)器時(shí)不可通過多個(gè)小容量存儲(chǔ)器進(jìn)行搭配的方式替代。

4 降低功率損耗的管理方法

針對(duì)現(xiàn)便攜式智能儀器儀表的低功耗技術(shù)存在的問題，便攜式智能儀器儀表的低功耗技術(shù)的具體應(yīng)用方法可以從以下五個(gè)環(huán)節(jié)入手：

4.1 選擇科學(xué)、合理的運(yùn)行方式

大部分單片機(jī)都擁有待機(jī)運(yùn)行模式以及掉電運(yùn)行模式，具有良好的節(jié)約電能效果。以80C31單片機(jī)舉例，80C31單片機(jī)在正常環(huán)境下以掉電運(yùn)行模式運(yùn)行可降低功率損耗至少七成以上，在待機(jī)運(yùn)行模式下的功率損耗只有正常運(yùn)行模式下的0．1%。在進(jìn)行定時(shí)測(cè)量工作以及信號(hào)計(jì)數(shù)工作時(shí)智能儀表通常會(huì)使用這種運(yùn)行模式，這決定了單片機(jī)的待機(jī)時(shí)間在這種運(yùn)行模式下?lián)碛谐L(zhǎng)時(shí)間?；诖?，單片機(jī)在不需要進(jìn)行工作時(shí)可設(shè)定為待機(jī)運(yùn)行模式或是掉電運(yùn)行模式，在需要單片機(jī)進(jìn)行工作時(shí)在運(yùn)行正常模式即可，以此便可有效的減少功率損耗。

4.2 科學(xué)、合理的管理外圍器件以及電路

對(duì)外圍器件以及電路工作時(shí)的功率損耗進(jìn)行切實(shí)有效的管理，保障外圍器件以及電路在不需要進(jìn)行工作時(shí)及時(shí)停止供給電能，以此便可有效的減少功率損耗。

在日常工作中可以發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)器的功率消耗在系統(tǒng)整體功率消耗中占了很大一部分，但存儲(chǔ)器維持運(yùn)行時(shí)可以比存儲(chǔ)器正常工作時(shí)的功率消耗低很多，因此存儲(chǔ)器還具備非常大的降低功率損耗潛質(zhì)[2]。

4.3 科學(xué)、合理的選擇算法

對(duì)傳統(tǒng)算法相對(duì)比，全新的算法不僅擁有快速精準(zhǔn)運(yùn)算的優(yōu)點(diǎn)，還能夠考慮工作中出現(xiàn)的工程問題，以及最大化發(fā)揮各類型單片機(jī)的特點(diǎn)。因此，科學(xué)、合理的選擇新算法，能夠切實(shí)有效的降低中央處理機(jī)的工作運(yùn)行時(shí)間，以此可有效的減少功率損耗。

4.4 取消傳統(tǒng)軟件延時(shí)以定時(shí)中斷代替

在進(jìn)行間斷測(cè)量等工作時(shí)，應(yīng)減少傳統(tǒng)軟件延時(shí)的使用，并以定時(shí)中斷的工作方式進(jìn)行替代，以此減少中央處理器的工作運(yùn)行時(shí)間。同時(shí)，在實(shí)際工作中使用定時(shí)中斷這種方式，可在中斷源不足時(shí)隨時(shí)進(jìn)行擴(kuò)充。

4.5 取消傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示以靜態(tài)顯示代替

顯示、譯碼以及驅(qū)動(dòng)等基礎(chǔ)功能在很多顯示組件中都具備，顯示組件在正常工作運(yùn)行下會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，并始終顯示內(nèi)容，直到內(nèi)容更新，因此待機(jī)運(yùn)行時(shí)單片機(jī)也能夠正常顯示。在智能儀表進(jìn)行工作時(shí)，需要長(zhǎng)時(shí)間或交替顯示固定的工作內(nèi)容，在進(jìn)行這樣的工作時(shí)應(yīng)充分利用組件的功能，在刷新顯示內(nèi)容之后，單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)運(yùn)行模式，取消傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示以靜態(tài)顯示代替，減少中央處理機(jī)的工作運(yùn)行時(shí)間，以此可有效的減少功率損耗[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，電子系統(tǒng)的功率損耗會(huì)被各種因素影響，而且電子系統(tǒng)的功率損耗與技術(shù)參數(shù)有著不可分割的聯(lián)想，在進(jìn)行電子系統(tǒng)的降低功率損耗設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到各項(xiàng)因素的影響。因此，研究并開發(fā)切實(shí)有效的降低功率損耗技術(shù)，可達(dá)到綠色環(huán)保、節(jié)約能源的環(huán)保意識(shí)理念，并對(duì)電子系統(tǒng)的發(fā)展有著良好積極的影響，這也是電子系統(tǒng)未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。