Paano baguhin ang dalas ng orasan upang mabawasan ang pagkonsumo ng kuryente ng microcontroller

Palaging may hamon ang mga developer sa paghahatid ng mataas na antas ng pag-andar at pagganap habang sabay-sabay na pinapakinabangan ang buhay ng baterya. Gayundin pagdating sa mga produktong elektronik, ang pinakamahalagang tampok ay ang pagkonsumo ng baterya. Dapat itong mas mababa hangga't maaari upang madagdagan ang oras ng pagpapatakbo ng aparato. Ang pamamahala ng kuryente ay napaka kritikal sa mga portable at application na pinapatakbo ng baterya. Ang mga pagkakaiba-iba ng paggamit ng microampere ay maaaring humantong sa buwan o taon ng buhay sa pagpapatakbo na maaaring dagdagan o bawasan ang katanyagan at tatak ng produkto sa merkado. Ang pagtaas sa mga produkto ay nangangailangan ng mas mahusay na pag-optimize ng paggamit ng baterya. Ngayon, ang mga gumagamit ay humihingi ng mas matagal na backup ng baterya na may compact na laki ng mga produkto kaya ang mga tagagawa ay nakatuon sa mas maliit na sukat ng baterya na may napakahabang buhay ng baterya na isang kaduda-dudang gawain. Ngunit,ang mga developer ay nakakuha ng Power Saving Technologies pagkatapos dumaan sa maraming mga kadahilanan at kritikal na mga parameter na nakakaapekto sa buhay ng baterya.

Maraming mga parameter na nakakaapekto sa paggamit ng baterya tulad ng ginamit na microcontroller, operating boltahe, kasalukuyang pagkonsumo, temperatura sa paligid, kondisyon sa Kapaligiran, ginamit na mga peripheral, pag-charge na recharge cycle atbp Sa kalakaran ng mga matalinong produkto na papasok sa merkado, napakahalaga nito upang unang ituon ang ginamit sa MCU, upang ma-optimize ang buhay ng baterya. Ang MCU ay naging kritikal na bahagi pagdating sa pag-save ng lakas sa maliliit na laki ng mga produkto. Kaya inirerekumenda na magsimula muna sa MCU. Ngayon, ang MCU ay may kasamang iba't ibang mga diskarte sa pag-save ng kuryente. Upang malaman ang higit pa tungkol sa pagliit ng Pagkonsumo ng Lakas sa Microcontrollers (MCU), sumangguni sa nakaraang artikulo. Pangunahing nakatuon ang artikulong ito sa isa sa mahalagang parameter para sa pagbawas ng pagkonsumo ng kuryente sa microcontroller, na binabago ang dalas ng orasanna kailangang alagaan kapag gumagamit ng MCU para sa mababang aplikasyon ng kuryente.

Bakit Binabago ang Dalas ng Orasan sa Mga Microcontroller?

Sa maraming mga parameter na nabanggit sa itaas, ang pagpili ng dalas ng orasan ay gampanan ang napakahalagang papel sa pag-save ng lakas. Ipinapakita ng pag-aaral na ang maling pagpili ng dalas ng operating ng mga microcontroller ay maaaring humantong sa makabuluhang porsyento (%) pagkawala ng lakas ng baterya. Upang maiwasan ang pagkawala na ito, kailangang alagaan ng mga developer ang naaangkop na pagpipilian ng dalas upang patakbuhin ang microcontroller. Ngayon, hindi kinakailangan na ang pagpili ng dalas ay maaaring gawin nang una, habang ang pag-set up ng microcontroller, samantalang ito ay maaaring mapili sa pagitan din ng programa. Maraming mga microcontroller na may kaunting pagpipilian upang mapili ang nais na dalas ng operating. Gayundin ang microcontroller ay maaaring tumakbo sa maraming mga frequency, kaya ang mga developer ay may pagpipilian upang pumili ng naaangkop na dalas depende sa application.

Ano ang epekto ng pagpili ng maraming mga frequency sa pagganap?

Walang duda na ang pagpili ng iba't ibang mga frequency ay makakaapekto sa pagganap ng microcontroller. Tulad ng sa mga tuntunin ng microcontroller, alam na alam na ang dalas at pagganap ay proporsyonal. Nangangahulugan ito na, mas malaki ang dalas ay magkakaroon ng mas kaunting oras ng pagpapatupad ng code at sa gayon ay mas malaki ang bilis ng pagpapatupad ng programa. Kaya ngayon, napakalinaw na kung binago ang dalas ay magbabago rin ang pagganap. Ngunit hindi kinakailangan na ang mga developer ay kailangang manatili sa isang dalas para lamang sa mas mataas na pagganap ng microcontroller.

Mababa o Mataas na Frequency, alin ang pipiliin?

Hindi palaging ang kaso kapag ang microcontroller ay kailangang maghatid ng isang mataas na pagganap, maraming mga application na nangangailangan ng katamtamang pagganap ng microcontroller, sa ganitong uri ng mga application ang mga developer ay maaaring bawasan ang dalas ng operating mula sa GHz sa MHz at kahit sa minimum na dalas na kinakailangan sa patakbuhin ang microcontroller. Bagaman, sa ilang mga kaso kinakailangan ang pinakamabuting kalagayan na pagganap at ang oras ng pagpapatupad ay kritikal tulad ng pagmamaneho ng panlabas na flash ADC na walang FIFO buffer, o sa pagpoproseso ng video at maraming iba pang mga application, sa mga lugar na ito maaaring magamit ng mga developer ang pinakamainam na dalas ng microcontroller. Kahit na ang paggamit sa ganitong uri ng kapaligiran, ang mga developer ay maaaring ma-code nang matalino upang bawasan ang haba ng code sa pamamagitan ng pagpili ng tamang tagubilin.

Para sa hal: Kung ang 'for' loop ay kumukuha ng mas maraming mga tagubilin at ang isang ay maaaring gumamit ng maraming mga linya ng mga tagubilin na gumagamit ng mas kaunting memorya upang gawin ang gawain nang hindi ginagamit ang para sa loop, pagkatapos ang mga developer ay maaaring pumunta sa maraming mga linya ng mga tagubilin na iniiwasan ang paggamit ng 'for' loop.

Ang pagpili ng naaangkop na dalas para sa microcontroller ay nakasalalay sa mga kinakailangan sa gawain. Ang mas mataas na dalas ay nangangahulugang mas mataas ang pagkonsumo ng kuryente ngunit may higit ding lakas sa pagkalkula. Kaya mahalagang pagpili ng dalas ay isang trade-off sa pagitan ng pagkonsumo ng kuryente at kinakailangang kapangyarihan sa pagkalkula.

Gayundin ang pangunahing bentahe ng pagtatrabaho sa mababang dalas ay mababa ang kasalukuyang supply bukod sa mas mababang RFI (Radio Frequency Interference).

Kasalukuyang Supply (I) = Kasalukuyang Quiescent (I _q) + (K x Frequency)

Ang pangalawang termino ay nangingibabaw. Ang lakas ng RFI ng isang microcontroller ay napakaliit na napakadaling mag-filter.

Kaya't kung ang application ay nangangailangan ng isang mabilis na bilis, huwag mag-alala tungkol sa pagpapatakbo ng mabilis. Ngunit kung ang pagkonsumo ng kuryente ay isang alalahanin, patakbo nang mas mabagal ayon sa pinapayagan ng application.

Diskarte sa Paglilipat ng Dalas ng Orasan

Ang PLL (Phases Lock Loop) Unit ay laging umiiral sa isang mataas na pagganap MCU na tumatakbo sa mataas na bilis. Ang PLL boosts input frequency sa isang mas mataas na dalas hal, mula sa 8 MHz hanggang 32 MHz. Ito ang pagpipilian ng developer upang pumili ng naaangkop na dalas ng pagpapatakbo para sa application. Ang ilang mga application ay hindi kailangang tumakbo sa isang mataas na bilis, sa kasong iyon kailangang panatilihin ng mga tagabuo ang dalas ng orasan ng MCU hangga't maaari upang mapatakbo ang gawain. Gayunpaman, sa isang nakapirming platform ng dalas, tulad ng mababang gastos na 8-bit MCU na walang nilalaman na unit ng PLL, dapat na pagbutihin ang isang code ng tagubilin upang mabawasan ang pagpoproseso ng enerhiya. Gayundin, ang MCU na naglalaman ng isang yunit ng PLL ay hindi maaaring samantalahin ang mga benepisyo ng diskarte sa paglipat ng dalas na nagpapahintulot sa MCU na gumana nang mataas sa dalas ng panahon ng pagpoproseso ng data at pagkatapos ay bumalik sa operasyon ng mababang dalas para sa panahon ng paghahatid ng data.

Ipinapaliwanag ng pigura ang paggamit ng yunit ng PLL sa Diskarte sa Paglipat ng Frequency.

Pagpili ng Mga Mode ng Pagpapatakbo ng Clock

Ang ilan sa mga high-speed microcontroller ay sumusuporta sa iba't ibang mga mode ng pamamahala ng orasan tulad ng Stop mode, Power Management Modes (PMMs) at Idle mode. Posibleng lumipat sa pagitan ng mga mode na ito na nagpapahintulot sa gumagamit na i-optimize ang bilis ng aparato habang kumonsumo ng kuryente.

Napipiling Pinagmulan ng Orasan

Ang kristal oscillator ay isang malaking consumer ng kapangyarihan sa anumang microcontroller, lalo na sa mababang operasyon ng kuryente. Ang ring oscillator, na ginagamit para sa mabilis na pagsisimula mula sa Stop mode, ay maaari ding magamit upang magbigay ng humigit-kumulang na 3 hanggang 4MHz na mapagkukunan ng orasan sa panahon ng normal na operasyon. Kahit na ang isang kristal oscillator ay kinakailangan pa rin sa power-up, sa sandaling ang kristal ay nagpapatatag, ang operasyon ng aparato ay maaaring ilipat sa ring oscillator, napagtatanto ang isang pagtitipid ng kuryente na hanggang 25 mA.

Pagkontrol sa Bilis ng Orasan

Ang dalas ng operating ng isang microcontroller ay ang nag-iisang pinakamalaking kadahilanan sa pagtukoy ng pagkonsumo ng kuryente. Sinusuportahan ng pamilya ng High-Speed ​​Microcontroller ng mga microcontroller ang iba't ibang mga mode ng pamamahala ng bilis ng orasan na nag-iimbak ng lakas sa pamamagitan ng pagbagal o pagtigil sa panloob na orasan. Pinapayagan ng mga mode na ito ang developer ng system na i-maximize ang pagtipid ng kuryente na may minimum na epekto sa pagganap.

Pagpapatupad ng software mula sa di-pabagu-bago na memorya o RAM

Dapat maingat na isaalang-alang ng mga developer kung ang software ay naisakatuparan mula sa mga di-pabagu-bago na alaala o RAM sa pagtantya sa kasalukuyang pagkonsumo. Ang pagpapatupad mula sa RAM ay maaaring mag-alok ng mas mababang aktibong kasalukuyang mga pagtutukoy; gayunpaman, maraming mga application ay hindi sapat na maliit upang maisakatuparan mula sa RAM lamang at nangangailangan ng mga programa na maipatupad mula sa di-pabagu-bago na memorya.

Ang mga orasan ng bus ay pinagana o hindi pinagana

Karamihan sa mga aplikasyon ng microcontroller ay nangangailangan ng pag-access sa mga alaala at peripheral habang isinasagawa ang software. Kinakailangan nito ang mga orasan ng bus na paganahin at kailangang isaalang-alang sa mga aktibong kasalukuyang pagtatantya.

Gamit ang panloob na oscillator

Ang paggamit ng panloob na mga oscillator at pag-iwas sa mga panlabas na oscillator ay maaaring makatipid ng makabuluhang enerhiya. Tulad ng panlabas na mga oscillator ay nakakakuha ng mas maraming kasalukuyang nagreresulta sa higit na paggamit ng kuryente. Gayundin ito ay hindi mahirap na nakagapos na ang isa ay dapat gumamit ng panloob na oscillator, tulad ng mga panlabas na oscillator na ipinapayong gamitin kapag ang mga aplikasyon ay nangangailangan ng mas maraming dalas ng orasan.

Konklusyon

Ang paggawa ng isang mababang produktong de-kuryente ay nagsisimula sa isang pagpipilian ng MCU at ito ay makabuluhang mahirap kapag ang magkakaibang mga pagpipilian ay magagamit sa merkado. Ang pagbabago ng dalas ay maaaring magkaroon ng malaking epekto sa paggamit ng kuryente at magbigay din ng isang mahusay na resulta ng pagkonsumo ng kuryente. Ang karagdagang bentahe ng pagbabago ng dalas ay walang karagdagang gastos sa hardware at madali itong maipatupad sa software. Ang pamamaraan na ito ay maaaring magamit upang mapabuti ang kahusayan ng enerhiya ng isang mababang gastos na MCU. Bukod dito, ang halaga ng pag-save ng enerhiya ay nakasalalay sa pagkakaiba sa pagitan ng mga dalas ng operating, oras ng pagproseso ng data at ang arkitektura ng MCU. Ang pag-save ng enerhiya hanggang sa 66.9% ay maaaring makamit kapag gumagamit ng diskarte sa paglipat ng dalas kumpara sa normal na operasyon.

Sa pagtatapos ng araw, para sa mga developer, natutugunan ang mga pangangailangan ng mas mataas na pag-andar ng system at mga layunin sa pagganap habang pinapataas ang buhay ng baterya ng mga produkto, ay isang makabuluhang hamon. Upang mabisang makabuo ng mga produkto na naghahatid ng pinakamahabang posibleng buhay ng baterya - o kahit na gumana nang walang baterya - nangangailangan ng isang malalim na pag-unawa sa parehong mga kinakailangan ng system at kasalukuyang mga pagtutukoy ng microcontroller. Ito ay mas kumplikado kaysa sa simpleng pagtantya kung magkano ang kasalukuyang natupok ng MCU kapag aktibo. Nakasalalay sa application na binuo, pagbabago ng dalas, kasalukuyang standby, paligid na peripheral ay maaaring magkaroon ng isang mas makabuluhang epekto sa buhay ng baterya kaysa sa lakas ng MCU.

Ang artikulong ito ay nilikha upang matulungan ang mga developer na maunawaan kung paano ubusin ng mga MCU ang lakas sa mga tuntunin ng dalas at maaaring ma-optimize sa pagbabago ng dalas.