便攜式智能儀器儀表的低功耗技術(shù)分析

金鷺

南京市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 江蘇南京 210039

當(dāng)前時代下，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)計方案以及降低功率損耗的相關(guān)技術(shù)。同時，降低功率損耗的設(shè)計方案是電子體統(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)計方案

降低功率損耗設(shè)計方案在電子系統(tǒng)中會有多種技術(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)計相應(yīng)的降低功率損耗方案，并在設(shè)計的過程中需嚴(yán)格遵守各項原則，圍繞當(dāng)下降低功率損耗技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，依照不同的實際需求，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)計初的預(yù)期。

2 優(yōu)先選擇具備降低功率損耗特點的單片機

現(xiàn)階段，高密度互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝正在不斷的被應(yīng)用到單片機中，使降低功率損耗技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。以80C31單片機以及8751/8051/8031單片機舉例，80C31單片機主要采用高密度互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝，而8751/8051/8031單片機主要采用高性能金屬氧化物半導(dǎo)體工藝，兩種單片機在同等功率供給下，80C31單片機的功率損耗只有8751/8051/8031單片機功率損耗10%。同時，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)展成可實際應(yīng)用的0．2微米工藝，并且采用全靜態(tài)設(shè)計時，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，同時在運行過程中能夠最大限度的降低功率損耗。單片機在正常運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，在實際應(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都能夠在一定的低電壓環(huán)境下進(jìn)行常規(guī)運行[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存器集成等電路都是常用的外圍器件以及電路。對于接口集成電路降低功率損耗模式以及存儲器集成電路降低功率損耗模式來說，同樣是以高密度互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝為主，如型號27C64/工作電流30．0mA/維持電流 1．0mA/，型號 27C256/工作電流 30．0mA/維持電流 1．0mA/，型號 6116/工作電流 32．0mA/維持電流 0．1mA/，型號28C64/工作電流30．0mA/維持電流5．0mA/等常用以高密度互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝為主的存儲器，其容量與實際功耗并無太大關(guān)聯(lián)，但需要大容量存儲器時不可通過多個小容量存儲器進(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環(huán)節(jié)入手：

4.1 選擇科學(xué)、合理的運行方式

大部分單片機都擁有待機運行模式以及掉電運行模式，具有良好的節(jié)約電能效果。以80C31單片機舉例，80C31單片機在正常環(huán)境下以掉電運行模式運行可降低功率損耗至少七成以上，在待機運行模式下的功率損耗只有正常運行模式下的0．1%。在進(jìn)行定時測量工作以及信號計數(shù)工作時智能儀表通常會使用這種運行模式，這決定了單片機的待機時間在這種運行模式下?lián)碛谐L時間。基于此，單片機在不需要進(jìn)行工作時可設(shè)定為待機運行模式或是掉電運行模式，在需要單片機進(jìn)行工作時在運行正常模式即可，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

對外圍器件以及電路工作時的功率損耗進(jìn)行切實有效的管理，保障外圍器件以及電路在不需要進(jìn)行工作時及時停止供給電能，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，但存儲器維持運行時可以比存儲器正常工作時的功率消耗低很多，因此存儲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

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

4.4 取消傳統(tǒng)軟件延時以定時中斷代替

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

4.5 取消傳統(tǒng)動態(tài)顯示以靜態(tài)顯示代替

顯示、譯碼以及驅(qū)動等基礎(chǔ)功能在很多顯示組件中都具備，顯示組件在正常工作運行下會對數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，并始終顯示內(nèi)容，直到內(nèi)容更新，因此待機運行時單片機也能夠正常顯示。在智能儀表進(jìn)行工作時，需要長時間或交替顯示固定的工作內(nèi)容，在進(jìn)行這樣的工作時應(yīng)充分利用組件的功能，在刷新顯示內(nèi)容之后，單片機進(jìn)入待機運行模式，取消傳統(tǒng)動態(tài)顯示以靜態(tài)顯示代替，減少中央處理機的工作運行時間，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)計時，應(yīng)考慮到各項因素的影響。因此，研究并開發(fā)切實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)保意識理念，并對電子系統(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。