用于便携式设备的低功耗MCU系统设计方法及应用

文章摘要：*用“宏”代替“子程序”。子程序调用的入栈出栈操作，要对RAM进行两次操作，会带来更大的功耗。宏在编译时展开，CPU按顺序执行指令。使用宏，会增加程序的代码量，但对不在乎程序代码量大的应用，使用宏无疑会降低系统的功耗。*尽量减少CPU的运算量。减少CPU的运算工作量，可以有效地降低CPU的功耗。减少CPU运算的工作可以从很多方面入手：其一，用查表的方法替代实时的计算。其二，不可避免的实时计算，算到精度够了就结束，避免“过度”的计算。其三，尽量使用短的数据类型，例如，尽量使用字符型的8位数据替代16位的整型数据，尽量使用分数运算而避免浮点数运算等。其四，让I／O模块间歇运行，即不用的I／O模块或

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　　*用“宏”代替“子程序”。子程序调用的入栈出栈操作，要对RAM进行两次操作，会带来更大的功耗。宏在编译时展开，CPU按顺序执行指令。使用宏，会增加程序的代码量，但对不在乎程序代码量大的应用，使用宏无疑会降低系统的功耗。

　　*尽量减少CPU的运算量。减少CPU的运算工作量，可以有效地降低CPU的功耗。减少CPU运算的工作可以从很多方面入手：其一，用查表的方法替代实时的计算。其二，不可避免的实时计算，算到精度够了就结束，避免“过度”的计算。其三，尽量使用短的数据类型，例如，尽量使用字符型的8位数据替代16位的整型数据，尽量使用分数运算而避免浮点数运算等。其四，让I／O模块间歇运行，即不用的I／O模块或间歇使用的UO模块要及时关掉，以节省电能；不用的I/O引脚要设置成输出或设置成输入，用上拉电阻拉高。

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　　那应该如何去解决这些问题？而采用C8051F30x的彩色TFT屏背光方案就很好地解决了这些问题，其功能框图(见图2所示)如下：

　　*技术特征
　　
　　背光采用红、绿、蓝三色LED，发出的光组成白光。因为每种颜色的LED采用串联连接方式，所以使用了AMS高性能的LED Driver AS3691；通过Avago的CoIor Sensor芯片HDJD-S722-QR999，检测R、G和B三色的亮度；C8051F30x根据HOJD-S722-QR999送过来的信号，产生相应的PWM来控制R、G和B三色的亮度，使白光的效果始终在最佳状；同时C8051F30x通过一个 接口与主CPU通讯，接收主CPU对亮度调整的控制命令。

　　*对MCU的要求
　　
　　屏的尺寸现在都很紧凑，同时厚度很薄，对MCU的尺寸要求很高，C8051F30x尺寸只有3×3mm，厚度只有0.9mm；要求具备PWM输出，多路输入的ADC和通讯接口；C8051F30x支持3个PWM输出，多路复用的AD输入，支持UART和 通讯接口，3×3mm的封装上可以提供8个用户I/O口。

　　*方案特点
　　
　　很好地解决了传统的白光LED个体差异问题，使彩色显示屏的色彩始终处在均匀状态；很好地解决了白光LED老化带来的亮度降低问题；C8051F30X、AS3691和HDJD-S722-QR999封装小，容易和TFT显示屏做成一个模块；C8051F30X有Idee和Stop两种低功耗模式，特别是Stop模式，其功耗小于0.1uA。当系统进入Stop模式时，可以使外围电路关闭，进入省电状态，当需要显示时，由主控制器唤醒。

　　5.22 C8051F313在手机闪信和计步器中的应用
　　
　　随着手机的普及，人们对手机的功能要求也越来越高。那些具有彰显个性的手机越来越深受人们的喜爱，特别是年轻一族的喜爱;手机功能的增多，意味着手机体积的增大和功耗的增加，这与人们对手机小巧和待机时间长的要求又成了矛盾；要解决这些矛盾，手机设计者不得不追求元器件的小型化、低功耗和高性能；MCUC8051F313在手机闪信和计步器中的应用就是一个典型例子。图3为C8051F313在手机闪信和计步器功能应用示意框图。

　　*关于计步器
　　
　　计步器原理：人在行走或者跑步的加速度与时间轴大致成为一个正弦波；利用加速度，可以计算走了多少步，还可根据步幅进而估算所走的距离。
　　
　　计步器功能的实现：采用MCUC8051F313和MEMS IC加速度传感器MAX6500；C8051F313采样MAX6500两路加速度传感器的输入，分析加速度，计算出走了多少步；根据步行者的步幅，还可以估算出所走的距离。

　　*关于手机闪信
　　
　　手机闪信原理：利用手机上的闪灯，在光线较暗的环境下，通过快速左右摇动手机，利用人类视网膜延时现象，造成视觉残像，从而形成连续的光影信号，令受信者视觉产生连续信息。

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