在前面一篇文章中，筆者主要介紹了自己的一些工作經(jīng)歷，跟真正的低功耗設(shè)計(jì)似乎扯不上半毛錢的關(guān)系。隨著電子產(chǎn)品的越來(lái)越普及，尤其是很多電子產(chǎn)品都用上了電池供電，既然用電池供電，那么似乎我們就不得不考慮電池的續(xù)航能力的問(wèn)題，進(jìn)而，迫使我們不得不考慮電子產(chǎn)品功耗的問(wèn)題。那么究竟怎樣才算低功耗呢？小于100mA?小于1mA?小于10uA?似乎應(yīng)該加上應(yīng)用場(chǎng)合，這種數(shù)值才有意義。不管怎樣，低功耗的意思可以概括為越小越小！

在做這個(gè)溫度記錄儀之前，筆者壓根不怎么需要考慮功耗的問(wèn)題，畢竟在一個(gè)大設(shè)備里，開(kāi)關(guān)電源直接供電，控制板那100毫安以內(nèi)的電流，幾乎可以忽略不計(jì)了。然而，在做這個(gè)溫度記錄儀的時(shí)候，才發(fā)現(xiàn)，100mA的電流經(jīng)得起多久的折騰？一塊500mAh的鋰電池，幾個(gè)小時(shí)就沒(méi)電了，更別說(shuō)要用幾十天甚至半年到一年的時(shí)間了。

當(dāng)然，降低功耗并不是純硬件或軟件就能實(shí)現(xiàn)的，很多時(shí)候，都是需要軟件和硬件的協(xié)同工作才能解決問(wèn)題。比如，我們?cè)谧鯪TC測(cè)溫電路的時(shí)候，如果直接如下圖所示連接，那么實(shí)際上，計(jì)時(shí)在未進(jìn)行AD采集的時(shí)候，改電路也一直在消耗電流，按照常溫狀態(tài)下來(lái)算，NTC的阻值為10K，那么這部分的電流消耗為：I=3.3V/(10K+10K)= 165uA。似乎看起來(lái)很小，但是，這只是電路中一部分的消耗，還有其他很多部分都有電流消耗，累加起來(lái)之后，就比這165uA大的多了。那么有沒(méi)有辦法讓這一部分電路的功耗降低呢？答案肯定是有的。

比如，我們可以在3.3V電源部分或者GND部分加一個(gè)開(kāi)關(guān)，并且通過(guò)一個(gè)IO口來(lái)直接控制這個(gè)開(kāi)關(guān)，在需要進(jìn)行AD采樣的時(shí)候，把這個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，采樣完成后，再把這個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)閉，這樣一來(lái)，似乎就可以盡可能的減小這部分的開(kāi)銷了。那么以在GND端加一個(gè)MOS管為例，如下圖所示：

這樣一來(lái)，我們就可以達(dá)到之前預(yù)期的目的了。當(dāng)然，如果真如上這樣設(shè)計(jì)電路的話，無(wú)形中似乎也增加了成本，一個(gè)SI2302也需要一兩毛錢，一個(gè)電阻也是幾分錢，如果是幾K甚至幾十K的量的話，那么成本就不是一點(diǎn)點(diǎn)了。那么上述電路是不是還可以簡(jiǎn)化一下呢？那是必須滴！實(shí)際上我們可以直接通過(guò)一個(gè)IO口來(lái)接到NTC的一端，畢竟按照之前計(jì)算的電流，也才微安級(jí)別的，就算忽略掉NTC的阻值，也有R1起到限流的作用，不用擔(dān)心燒壞IO口。那么，當(dāng)需要采集AD的時(shí)候，直接將IO口拉低，就能實(shí)現(xiàn)電阻分壓了。

由此可見(jiàn)，降低功耗從硬件角度來(lái)說(shuō)，就是需要找到所有可能的消耗電路的回路，一一確定哪些是可以通過(guò)軟件控制的方式來(lái)優(yōu)化功耗的，哪些是避免不了的，并給編程人員提供一個(gè)所有IO口狀態(tài)對(duì)功耗影響的關(guān)系，通常用簡(jiǎn)單的表格說(shuō)明一下高電平會(huì)怎樣，低電平會(huì)怎樣，懸浮會(huì)怎樣。做到這一點(diǎn)，基本上硬件的工作就告完成，剩下的就是軟件開(kāi)發(fā)人員的發(fā)揮空間了。

說(shuō)到軟件功耗優(yōu)化，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：能少工作的就少工作，能休眠的就休眠！以筆者做的這個(gè)溫度記錄儀為例，單片機(jī)型號(hào)選擇的是STC的STC8A8K64S4A12單片機(jī)，別問(wèn)我為什么選擇這款單片機(jī)，因?yàn)楣P者別的單片機(jī)不怎么會(huì)用，而且打樣時(shí)間又比較急，所以只能在自己熟悉的單片機(jī)中，選擇滿足要求的，價(jià)格又比較低的，功耗又是最低的來(lái)做了。整個(gè)項(xiàng)目中，主要就是RTC時(shí)鐘模塊、NTC測(cè)溫模塊、按鍵操作模塊、串口通信模塊、2.4G無(wú)線模塊、OLED顯示模塊、無(wú)線充電模塊等幾個(gè)部分。硬件部分，已經(jīng)盡可能的將功耗降到最低了，但是發(fā)現(xiàn)，不管怎么操作，STC單片機(jī)正常工作的時(shí)候，電流還是有4-5mA，加上OLED顯示的話，也有2-3mA，2.4G模塊工作的時(shí)候電流更大，有30-40mA，這樣可真算不上低功耗啊，只能從軟件上來(lái)想辦法了！

首先，當(dāng)然要將這個(gè)最大功耗的2.4G無(wú)線模塊的功耗解決。無(wú)他，最省事的讓他不工作的時(shí)候去睡覺(jué)了。根據(jù)這個(gè)模塊的使用手冊(cè)，只需將模塊的CS引腳拉高，該模塊就可以去睡大覺(jué)了。果然，這個(gè)無(wú)線模塊睡覺(jué)之后，整個(gè)板子的工作電流瞬間降到了10mA以內(nèi)了！

接下來(lái)，就要考慮OLED的問(wèn)題了，雖然說(shuō)，2-3mA的電流也不算很高，但是，那也是功耗啊，幾天下來(lái)也必將是一筆不小的開(kāi)銷。當(dāng)然，當(dāng)時(shí)選擇OLED而并非筆段式LCD的原因也很簡(jiǎn)單，OLED的界面可以隨意做呀，而且也比較好看，而筆段式LCD界面就只能固定死了，后面要修改的也比較麻煩。好吧，既然選擇了，也就不說(shuō)那么多理由了，只能想辦法降功耗了。也沒(méi)有特別好的辦法，OLED的功耗也只能讓他不需要顯示的時(shí)候去睡覺(jué)來(lái)解決了。通過(guò)軟件設(shè)置一個(gè)休眠時(shí)間，然后在休眠時(shí)間到了后，然OLED乖乖去睡覺(jué)了，需要顯示的時(shí)候，再按一下按鍵來(lái)喚醒OLED。這樣，算是勉強(qiáng)解決了OLED功耗的問(wèn)題了吧。

接下來(lái)，整個(gè)板子的功耗也就差不多在5mA左右了，再加上前面所說(shuō)的AD采樣電路部分降低了一些功耗，剩下的主要就是MCU的功耗了。仔細(xì)翻閱了一下STC的手冊(cè)，得到了以下信息：

由此可見(jiàn)，MCU的功耗最低可以降到0.1uA以下！這樣的話，整個(gè)電路的功耗，基本可以做到1mA以下基本沒(méi)什么問(wèn)題了。但是問(wèn)題來(lái)了：在STOP模式下，此時(shí)的CPU和全部的外設(shè)都是停止工作的，這豈不是扯蛋么？全部停止工作了，OLED顯示怎么刷新？NTC溫度怎么獲取？RTC時(shí)鐘怎么讀取？……一系列的問(wèn)題來(lái)了！可能還是經(jīng)驗(yàn)少，想破腦袋也沒(méi)想到好的辦法，無(wú)奈之下，只能求助了，慶幸的是，沒(méi)過(guò)多久，得到了一名網(wǎng)友的幫助，給我指點(diǎn)了一個(gè)比較好的思路：即，通過(guò)工作和休眠的時(shí)間比，來(lái)控制功耗。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，比如，設(shè)定1秒時(shí)間為參照，比如MCU完成一次一系列操作需要100ms，那么，就讓MCU工作完后，在剩下的900ms里去睡大覺(jué)，然后1秒時(shí)間到了，又把它喊起來(lái)繼續(xù)工作……如此循環(huán)。這樣一來(lái)，MCU的功耗便大大降低了！

在實(shí)現(xiàn)上述功能中，用到了STC單片機(jī)的掉電喚醒定時(shí)器。關(guān)于這個(gè)定時(shí)器的使用其實(shí)也很簡(jiǎn)單，介紹什么的就不多說(shuō)了，手冊(cè)上寫的很清楚，筆者就簡(jiǎn)單介紹一下如何使用這個(gè)定時(shí)器。根據(jù)手冊(cè)，掉電喚醒定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間如下計(jì)算：

那么，我們需要定時(shí)1秒左右的話，只需要將該定時(shí)器的計(jì)數(shù)次數(shù)設(shè)置在1999左右即可。于是，便有了下面的操作：

就這樣幾句代碼，MCU便可正常進(jìn)入STOP模式，然后待掉電喚醒時(shí)間到，便又回到了正常工作模式。然后，我們只需要在while循環(huán)中，修改一下代碼，便可實(shí)現(xiàn)我們前面提到的功能。由于筆者項(xiàng)目中的功能比較復(fù)雜，下面就以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)介紹一下吧。相信學(xué)單片機(jī)的小伙伴們對(duì)電燈程序再熟悉不過(guò)了吧，那么筆者就以最簡(jiǎn)單的點(diǎn)燈程序?yàn)槔桑?/p>

很顯然，大家看慣了各種延時(shí)點(diǎn)燈程序，似乎很少看到這樣的一種點(diǎn)燈程序了吧？會(huì)不會(huì)有一種一臉懵逼的感覺(jué)？當(dāng)時(shí)，毫無(wú)疑問(wèn)，這確實(shí)也是一種點(diǎn)燈的手段。程序中，P30是用來(lái)控制LED的亮與滅，硬件電路就不用說(shuō)了，相信大家猜都猜到了。上述代碼實(shí)現(xiàn)的功能就是，讓LED亮1秒鐘，然后再滅一秒，以此循環(huán)。實(shí)際上，MCU工作時(shí)只分別執(zhí)行了一條語(yǔ)句，即：P30 = 1;和P30 = 0;然后就進(jìn)入了STOP模式，假設(shè)執(zhí)行語(yǔ)句的時(shí)間是1us，掉電喚醒定時(shí)器的時(shí)間是1秒，由此可見(jiàn)，MCU幾乎99.9%的時(shí)間都在睡大覺(jué)，自然功耗就大大降低了（此處忽略LED的功耗，只針對(duì)MCU功耗而言）。

好了，關(guān)于低功耗設(shè)計(jì)的思路就簡(jiǎn)單介紹到這了，由于筆者能力有限，暫時(shí)未想到更好的辦法來(lái)降低功耗，更多的發(fā)揮空間就留個(gè)讀者了。如果你覺(jué)得這篇文章對(duì)你有幫助，別忘了點(diǎn)贊+打賞喲……