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如何降低需要监视外部输入的MCU系统功耗

上网日期: 2012年12月03日 ?? 作者: Anders Guldahl ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:MCU? 外设反射系统? 传感器?

一种更好更高效的方法是选择拥有更加自治的外设与传感器输入系统的MCU:这样,CPU不必醒过来做每次测量。Energy Micro公司的EFM32 Gecko系列MCU就可以提供这样的系统,它整合了低能耗传感器接口(LESENSE)和外设反射系统(PRS),不需要CPU干预就能实现与I/O元件的交互。因此EFM32系列MCU可以在睡眠模式下实现许多功能,比如容性触摸唤醒、金属物体检测或阻性传感器监视等功能,消耗电流不到1.2μA。

外设反射系统(PRS)(图1)允许片载“产生器”外设产生的信号被路由到其它“消费”外设,然后再由那些消费外设根据这些输入完成相应的操作。“产生器”信号包括模拟比较器和GPIO电平输出、来自ADC和DAC的“转换完成”信号、来自计数器/定时器的上溢/下溢信号以及来自UART或USARTR “发/收完成”状态消息。反射的“消费”外设包括DAC/ADC触发器、定时器输入和UART/USART使能输入。

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图1: 经过配置的EFM32外设反射系统可以根据TIMER0溢出信号启动一次ADC转换,同时提供模拟比较器输出,作为TIMER1中比较/捕捉通道的输入。

PRS有8个通道,每个通道都有一个边沿检测器,可以用来从电平信号产生逻辑脉冲。每个通道的两个寄存器(PRS_SWPULSE和PRS_SWLEVEL)允许每个输出被驱动到软件定义的电平或逻辑‘1’。

MCU的LESENSE接口建立在这种自治外设原理之上,允许MCU在不到1?A的睡眠模式下监视多达16个外部无源(电阻、电容或电感)传感器。这种MCU整合了模拟比较器和DAC,并受运行于32kHz时钟源的定序器控制。比较器输出可以用于计数、比较或直接用作中断。要想实现精确测量,可以将DAC用作比较器的参考基准。

定序器控制哪个引脚连接到比较器、比较器工作了多长时间以及何时应该将输出送去计数或比较。也可以在比较器工作之前或工作之中利用DAC电压或GPIO引脚进行激励。在测量之后,计数器或比较器输出被缓冲和存储,以供随后的处理。

在扫描完成后,结果将被传送给一个低功耗的解码器,这个解码器具有可配置的“下一个”状态和触发条件。这样便可能捕捉许多传感器读数和组合,并且仅在匹配一段时间内的图案后才唤醒CPU(图2)。例如,当温度和湿度传感器都达到各自的阈值时才触发唤醒,或者当压力传感器连续触发10次时才唤醒CPU。

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图2: 基于模拟事件的条件唤醒。

传感器结果也能经过PRS搭建更复杂的系统。这样就可以从逻辑上组合多个GPIO引脚来触发一次唤醒,或使用解码器解码串行传送的数据。

举例来说,水表中旋转叶片的运动可以用LESENSE来测量,而用正交计数器计数的旋转叶片是通过PRS连接LESENSE的。比如经过10次旋转后,CPU可以被唤醒以更新显示器和使用统计数据。在使用传统MCU时,比较器的所有排序和控制都需要CPU参与,而通过LESENSE和PRS处理可以使CPU芯片处于深度睡眠模式。


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