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改善8051系统用电效率的微控制器
摘要：一种改进架构的高性能8051设计、外围功能集成、选用合适的时钟源以降低功耗；并介绍节省电能的软件技术及采用待机模式降低功耗的技巧。关键词：停机模式 空闲模式 功率管理模式
便携式产品的功能和性能日新月异。消费者对产品性能的要求也越来越高，需要更强大的运算能力支持；另一方面，希望产品具有更低的功耗。
尽管已经出现了很多功耗处理器，但它们的性能通常很有限。Dallas公司的系列高速微控制器在性能和功耗之间取得了一个很好的折衷，采用了8051架构——世界上最流行的微控制器之一。简单易用、丰富的I/O资源使这种微控制器深受设计者的喜爱，并被广泛接受。它的流行势头已蔓延到了便携式领域，在很多应用中都有其用武之地。
本文旨在探讨使用8051控制器时，如何降低功率的消耗，重点介绍一种改进架构的高性能8051设计。
1 时钟频率
任何微控制器设计中，决定功耗的一个首要因素就是系统的时钟频率。互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的器件功耗直接正比于时钟频率。因此，从省电的角度考虑，将处理器运行于尽可能低的频率比较有利。
图1表示一个普通的8051微控制器的典型功率曲线，一个被所有便携系统设计得所熟知的关系。一般来讲，电流随频率的变化曲线为线性，具有一定的DC偏移。这个静态电流由片由的静态电路所消耗，例如比较器、运算放大器等。其数值一般很小（<1mA），是一个不可忽略的固定吸收电流。
任何功率受限的设计都应该考虑采用尽可能慢的运行速度。决定最低系统频率，也就是最低功耗的，有很多因素，包括期望得到的系统性能、中断响应延尽等。不管采用什么标准，最终目标是相同的：使器件的工作频率尽可能地靠近应用的需求。
2 高速内核
要降低基于8051系统的功率消耗，最直接的办法就是改善微控制器的效率。8051最初的设计采用了一个12时钟周期、每机器周期两次取指的架构。然而，高速微控制器采用的是每机器周期4个、甚至1个时钟的内核。它们具有更高的运算效率，执行一个指令需要很少的时钟周期，具有更快的运行速度和更高的时钟频率。
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