韶關(guān)低功耗MCU公司
發(fā)布時(shí)間：2023-02-17 02:01:26
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嵌入式微控制器 （MCU）的功耗在當(dāng)今電池供電應(yīng)用中正變得越來(lái)越舉足輕重。大多MCU 芯片廠商都提供低功耗低功耗產(chǎn)品，但是選擇一款最適合您自己應(yīng)用的產(chǎn)品并非易事，并不像對(duì)比數(shù)據(jù)表前面的數(shù)據(jù)那么簡(jiǎn)單。我們必須詳細(xì)對(duì)比 MCU 功能，以便找到功耗最低的產(chǎn)品，這些功能包括：斷電模式、定時(shí)系統(tǒng)、事件驅(qū)動(dòng)功能、片上外設(shè)、掉電檢測(cè)與保護(hù)、漏電流、處理效率。 在低功耗設(shè)計(jì)中，平均電流消耗往往決定電池壽命。例如，如果某個(gè)應(yīng)用采用額定電流為 400mAh 的 Eveready 高電量 9V 1222 型電池的話，要提供一年的電池壽命其平均電流消耗必須低于 400mAh/8760h，即45.7uA。 在使 MCU 能夠達(dá)到電流預(yù)算的所有功能中，斷電模式最重要。低功耗 MCU具有可提供不同級(jí)別功能的斷電模式。例如，TI 超低功耗 MCU MSP430 系列產(chǎn)品可以提供 5 種斷電模式。低功耗模式 0 （LPM0） 會(huì)關(guān)閉 CPU，但是保持其他功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。LPM1 與 LPM2 模式在禁用功能列表中增加了各種時(shí)鐘功能。LPM3 是最常用的低功耗模式，只保持低頻率時(shí)鐘振蕩器以及采用該時(shí)鐘的外設(shè)運(yùn)行。LPM3 通常稱為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式，因?yàn)樗试S定時(shí)器采用低功耗 32768Hz 時(shí)鐘源運(yùn)行，電流消耗低于 1uA，同時(shí)還可定期激活系統(tǒng)。最后，LPM4 完全關(guān)閉器件上的包括 RAM 存儲(chǔ)在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅 100 毫微安。 時(shí)鐘系統(tǒng)是MCU功耗的關(guān)鍵。應(yīng)用可以每秒多次或幾百次進(jìn)入與退出各種低功耗模式。進(jìn)入或退出低功耗模式以及快速處理數(shù)據(jù)的功能極為重要，因?yàn)?CPU會(huì)在等待時(shí)鐘穩(wěn)定下來(lái)期間浪費(fèi)電流。大多低功耗 mcu 都具有“即時(shí)啟動(dòng)”時(shí)鐘，其可以在不到 10～20us 時(shí)間內(nèi)為 CPU 準(zhǔn)備就緒。但是，重要的是要明白哪些時(shí)鐘是即時(shí)啟動(dòng)、哪些非即時(shí)啟動(dòng)的。某些 MCU 具有雙級(jí)時(shí)鐘激活功能，該功能在高頻時(shí)鐘穩(wěn)定化過(guò)程中提供一個(gè)低頻時(shí)鐘（通常為32768Hz），其可以達(dá)到 1 毫秒。CPU 在大約 15us 時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行，但是運(yùn)行頻率較低，效率也較低。如果 CPU 只需要執(zhí)行數(shù)量較少的指令的話，如：25 條，其需要 763us。CPU 低頻比高頻時(shí)消耗更少的電流，但是并不足于彌補(bǔ)處理時(shí)間的差異。相比而言，某些 MCU 在 6 微秒時(shí)間內(nèi)就可以為 CPU 提供高速時(shí)鐘，處理相同的 25 條指令僅需要大約 9us（6us 激活＋25 條指令′0.125us指令速率），而且可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動(dòng)的高速串行通信。
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傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制原理： BLDC電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)具有相同的頻率和轉(zhuǎn)速，因此是同步電機(jī)的一種。定子繞組可繞制成單相、兩相和三相，其中三相BLDC電機(jī)因輸出功率大、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小和效率高應(yīng)用廣泛。三相BLDC電機(jī)采用兩相順序通電模式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子各相繞組的導(dǎo)通與否由轉(zhuǎn)子位置確定，以保證轉(zhuǎn)子能夠始終輸出轉(zhuǎn)矩。 由于取消了自動(dòng)換向的機(jī)械電刷，因此需要實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的空間位置，霍爾效應(yīng)傳感器因其較高的性價(jià)比和安裝方便被廣泛采用。對(duì)于兩相導(dǎo)通的三相BLDC電機(jī)來(lái)說(shuō)，每個(gè)電周期分成6個(gè)不同的通電區(qū)間，因此需要三個(gè)霍爾傳感器來(lái)進(jìn)行分區(qū)。 將三路霍爾傳感器的輸出接到RJM8L151的輸入引腳上，每一路電平的變化將會(huì)觸發(fā)中斷，在中斷服務(wù)程序中根據(jù)霍爾傳感器信號(hào)與相繞組導(dǎo)通關(guān)系來(lái)達(dá)到換向的目的。 RJM8L151通過(guò)中斷服務(wù)程序來(lái)進(jìn)行換相，在對(duì)電機(jī)電流的監(jiān)控上，電流信號(hào)由外部采樣及運(yùn)放電路送入ADC后由軟件程序來(lái)比較判斷是否過(guò)流并關(guān)斷PWM輸出，保護(hù)電機(jī)及電路系統(tǒng)。
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另外，如果 MCU時(shí)鐘系統(tǒng)為外設(shè)提供多個(gè)時(shí)鐘源的話，當(dāng) CPU 處于睡眠狀態(tài)時(shí)外設(shè)仍然可以運(yùn)行。例如，一次 A/D 轉(zhuǎn)換可能需要一個(gè)高速時(shí)鐘。如果 mcu 時(shí)鐘系統(tǒng)提供獨(dú)立于 CPU 的高速時(shí)鐘，CPU 就可以在 A/D 轉(zhuǎn)換器運(yùn)行情況下進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而節(jié)省 CPU 耗流量。 事件驅(qū)動(dòng)功能與時(shí)鐘系統(tǒng)的靈活性并存。中斷會(huì)使 mcu 退出低功耗模式，因此，MCU的中斷越多，其防止浪費(fèi)電流的 CPU 輪詢與降低功耗的靈活性就越大。輪詢意味著進(jìn)行與不進(jìn)行功耗預(yù)算之間存在差異，因?yàn)樗诘却霈F(xiàn)事件時(shí)會(huì)浪費(fèi)CPU 帶寬并需要額外電流。一個(gè)好的低功耗 MCU 應(yīng)具有充分的中斷功能，為其所有外設(shè)提供中斷，同時(shí)為外部事件提供眾多外部中斷。 按鈕或鍵盤應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢(shì)。如果不具備中斷功能，MCU必須頻繁輪詢鍵盤或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢自身會(huì)消耗功率，而且控制輪詢間隔也需要定時(shí)器，其會(huì)消耗附加電流。相比而言，在具備中斷情況下，CPU 可以在整個(gè)過(guò)程中保持睡眠狀態(tài)，只有按下按鈕時(shí)才激活。 在選擇低功率 MCU時(shí)，還需要考慮外設(shè)功耗與電源管理。某些低功率 MCU僅僅是設(shè)計(jì)時(shí)不具備低利率功能的舊架構(gòu)的改進(jìn)版本。而有些 MCU在設(shè)計(jì)時(shí)即具備低功耗特性，并在其外設(shè)中內(nèi)置了低功耗功能。一種特性是在需要時(shí)單獨(dú)啟動(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力，換言之，更重要的是自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力。A/D 轉(zhuǎn)換器就是一個(gè)例子，其在完成一次轉(zhuǎn)換后可以自動(dòng)關(guān)閉。另外，某些 MCU 正在引入直接存儲(chǔ)器存取功能，其可以在無(wú)需 CPU 干預(yù)情況下自動(dòng)處理數(shù)據(jù)。 大多MCU 具有集成的掉電保護(hù)功能，當(dāng)電源低于正常操作范圍時(shí)其可以復(fù)位 MCU。通常會(huì)提供啟動(dòng)或關(guān)閉掉電保護(hù)以節(jié)省功耗的功能，但是必須在整個(gè)過(guò)程中都使掉電保護(hù)功能置于可用狀態(tài)，因?yàn)榈綦娛遣豢深A(yù)測(cè)的。某些 MCU需要70uA 的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。在只需要 45uA 平均電流的應(yīng)用實(shí)例中很明顯可以不考慮這些 MCU。----在選擇低功耗 mcu 期間有時(shí)會(huì)忽視漏電流，但是，在苛刻的低功耗應(yīng)用中則必須考慮到漏電流。大多改進(jìn)后的低功耗 MCU都具有 1uA 的限定輸入漏電流。在 20 輸入器件中，它可能會(huì)消耗 20uA！針對(duì)低功耗設(shè)計(jì)的新 MCU具有高50nA 的漏電流。
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功耗MCU的選擇方法 嵌入式微控制器 （MCU）的功耗在當(dāng)今電池供電應(yīng)用中正變得越來(lái)越舉足輕重。大多MCU 芯片廠商都提供低功耗低功耗產(chǎn)品，但是選擇一款適合您自己應(yīng)用的產(chǎn)品并非易事，并不像對(duì)比數(shù)據(jù)表前面的數(shù)據(jù)那么簡(jiǎn)單。我們必須詳細(xì)對(duì)比 MCU 功能，以便找到功耗低的產(chǎn)品，這些功能包括：斷電模式、定時(shí)系統(tǒng)、事件驅(qū)動(dòng)功能、片上外設(shè)、掉電檢測(cè)與保護(hù)、漏電流、處理效率。 在低功耗設(shè)計(jì)中，平均電流消耗往往決定電池壽命。例如，如果某個(gè)應(yīng)用采用額定電流為 400mAh 的 Eveready 高電量 9V 1222 型電池的話，要提供一年的電池壽命其平均電流消耗必須低于 400mAh/8760h，即45.7u。 在使 MCU 能夠達(dá)到電流預(yù)算的所有功能中，斷電模式重要。低功耗 MCU具有可提供不同級(jí)別功能的斷電模式。例如，TI 超低功耗 MCU ?MSP430 系列產(chǎn)品可以提供 5 種斷電模式。低功耗模式 0 （LPM0） 會(huì)關(guān)閉 CPU，但是保持其他功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。LPM1 與 LPM2 模式在禁用功能列表中增加了各種時(shí)鐘功能。LPM3 是常用的低功耗模式，只保持低頻率時(shí)鐘振蕩器以及采用該時(shí)鐘的外設(shè)運(yùn)行。LPM3 通常稱為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式，因?yàn)樗试S定時(shí)器采用低功耗 32768Hz 時(shí)鐘源運(yùn)行，電流消耗低于 1uA，同時(shí)還可定期激活系統(tǒng)。LPM4 完全關(guān)閉器件上的包括 RAM 存儲(chǔ)在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅 100 毫微安。
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邏輯加密概述 上位機(jī)軟件保護(hù)，其實(shí)就是對(duì)運(yùn)行在PC機(jī)、手機(jī)端、嵌入式設(shè)備、工控設(shè)備上的軟件進(jìn)行保護(hù)，相當(dāng)于對(duì)軟件進(jìn)行上鎖，也就是加密鎖。 上位機(jī)軟件可以直接控制下端的硬件設(shè)備。 應(yīng)用方案 ◆瑞納捷提供邏輯加密芯片RJGT102和加密算法代碼。 ◆硬件設(shè)備添加瑞納捷加密芯片RJGT102。 ◆?上位機(jī)軟件在其應(yīng)用層添加加密算法，在其軟件運(yùn)行之前，先行運(yùn)行加密認(rèn)證算法代碼。 ◆?設(shè)備上電，先行與軟件進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)，則在運(yùn)行正式代碼 。 優(yōu)勢(shì) ◆線路上除了隨機(jī)數(shù)、命令外，其他的數(shù)據(jù)全為密文傳輸。 ◆參與加密運(yùn)算的數(shù)據(jù)除隨機(jī)數(shù)外，ID、密鑰、關(guān)鍵常數(shù)、page數(shù)據(jù)都提前寫入芯片，不進(jìn)行傳輸。 ◆SHA256加密算法為摘要算法，不可逆。 ◆密鑰可以在空閑時(shí)，進(jìn)行更新，這樣只有設(shè)備知道密鑰，防止密鑰泄露和盜取事件發(fā)生。