20世纪90年代以来随着集成电路特征线宽的持续缩小以及芯片密度和工作频率的相应增加，降低功耗已经成为亚微米和深亚微米超大规模集成电路设计中的一个主要考虑因素功耗的增加会带来一系列问题，例如电路参数漂移、可靠性下降、芯片封装成本增加等因此，系统的功耗在整个系统设计中尤其昰在采用电池供电的系统中显得十分重要。

MICroChip公司PIC系列的单片机为设计高性能、低功耗的单片机系统提供了很好的解决方案下面从低功耗設计方法及具体例子来介绍PIC单片机低功耗应用。

为使系统工作在低功耗状态必须正确设置单片机的配置及工作方式。下面结合最常用的PIC12、PIC16等单片机介绍低功耗系统的设计方法

有许多技术可以降低系统的功耗，最常用的是Sleep模式程序执行一条SLEEP指令，便进入了休眠（Sleep）模式要Sleep模式下，晶振停止振荡而此时单片机在3V电源条件下，只有1μA的电流系统工作时，单片机可以采用看门狗或外部事件周期性地唤醒單片机利用电子开关为系统提供电源，以减少系统待机功耗延长电池使用时间。

单片机的工作频率和功耗的关系也很大频率越高，功耗越大在采用32kHz晶振、3V工作电压时，PIC12、PIC16等系列单片机的典型工作电流只有15μA;而采用4MHz晶振、5V工作电压时单片机的典型工作电流达到几mA。茬许多低功耗的场合采用低速晶振实现低功耗非常有效。如果单片机采用RC振荡还可以通过I/O口的操作改变振荡电阻，从而改变单片机工莋频率达到节能的目的。如图1所示1个I/O引脚可以在等待状态下将并联电阻R1去掉，降低单片机工作频率当单片机需要工作时，可将I/O引脚設置为输出并输出高电平从而提高振荡频率。

在单片机系统设计中振荡电路的设计是十分重要的一个环节。PIC系列单片机的典型振荡电蕗如图2所示

一般情况下，设计人员按照厂家给出的参数表进行选择如果系统能够正常工作，也就不再进行改进了其实，这是不合适嘚因为Microchip的单片机根据型号和版本的不同，工作电压在直流2.5～5.5V的范围内汽车级温度可以在-40～-125℃范围内，而参数表中只给出了有限的几种凊况实际环境参数会对振荡电路的性能产生很大的影响。如高温、低电压可减小振荡环路增益而从降低振荡频率或者难以启动;低温、高电压可以使环路增益变大，从而使晶振过驱动产生损坏的潜在危险或者振荡电路工作的高次谐波频率上升，加大系统功耗因此，如哬正确设计系统的振荡电路十分必要对于PIC系列单片机，一般的设计步骤如下：

①选择晶振根据系统需要的振荡频率进行晶振的选择。此外晶振的工作温度和频率稳定度也是十分重要的指标。

②选择振荡器类型PIC系列单片机有RC、LP、XT、HS等振荡模式。除RC模式外振荡模式的選择实际上就是环路增益的选择。低增益对应低振荡频率高增益对应高振荡频率。一般根据实际需要的工作频率可参考数据手册来选择

③选择C1、C2。理想的情况是保证系统在高温和最低工作电压下能够正常工作，使得电容在数据手册推荐的范围内最小同时选择C2比C1大一些以加大相移，使其有利于振荡电路的上电启动

④选择Rs。在以上参数都已经选定后需要决定Rs的大小简单的办法是让系统工作在最低温喥和最大电压情况下，此时得到的应该是时钟电路最大输出幅度用示波器观察引脚OSC2的输出波形（注意，示波器的探头将给电路引入一个電容一般为几pF），如果发现正弦波的峰（接收Vdd处）和谷（接收Vss处）被削平或压扁说明驱动过载，需要在OSC2和C2间加入1个电阻Rs一般1kΩ左右或小于1kΩ。Rs不宜过大，过大将使得输入和输出产生隔离从而产生较大的噪声。当发现需要一个较大的Rs才能消除过驱动时可以增加负载電容C2来补偿。C2一般选择在15～33pF之间

系统振荡电路的设计对系统的稳定性、功耗等影响很大。一般情况下系统从Sleep状态下唤醒时，振荡电路朂难启动（尤其系统工作在高温、低压、低频的情况下）此时，电阻Rs有利于振荡电路的启动因为廉价的碳膜电阻容易产生白噪声，从洏帮助电路起振此外，选择C2稍大于C1以增大相移也有利于电路起振。

2.1 系统组成及框图

系统主要由PIC单片机、双音频解码拔号电路、语音集荿电路、接口电路、VCC电源控制电路、射频发射电路和EEPROM组成可完成对家用电器的控制和对报警求援语音信息的自动传送，如图3所示

2.2 控制器工作方式

*当与控制器相串闻的电话机（以下称为本地机）处于摘机时，电话线输入电压发生变化引起CD40106的2脚输出电平变化，输入到CPU的RB0端ロ产生中断信号唤醒CPU，控制器进入工作状态通过本地机的拔号盘对控制器的各种功能进行控制。如控制电视、音响、照明灯等电器电源的开关

*当控制器接收到振铃信号时，CD40106的4脚输出电平变化输入CPU的RB6端口产生中断信号，唤醒CPU进入工作状态并对振铃信号进行计数;达到設定铃声数后，使控制器进入电话接收状态开始接收远程传输DTMF信号，经MT8880解调得到的信号通过IRQ向单片机发出中断信号将数据存入寄存器，经CPU运行对控制器的各种功能进行控制。

*当控制器作为报警器并处于警备状态时，报警探头时刻检测防范区域的情况;当探头向控制器發出警情信息输入CPU的RB5中断产生信号，控制器进入工作状态从EEPROM芯片读出预先设置的报警电话号码，经MT8880转换为DTMF信号自动拨号，以语音形式将信息传送给用户或直接报警

电话机与控制器采用控制器在前，电话机在后的串联方式可实现电话机对控制器各种功能的控制。接ロ电路由过压保护电路、极性转换电路和中断请求电路组成如图4所示。

①过压保护电路在电话线回路上加入了一个压敏电阻R，它的作鼡是当它两端的电压大于其工作电压时呈短路状态从而保护后级电路免受高压危害。当加到它的两端的电压小于其工作电压压敏电阻呈开路状态，对后级电路的工作没有任何影响在本设计中，压敏电阻的工作电压为220V

②极性转换电路。由于在电话线上传输的是交流信號为了使信号的极性固定，在电路中加入电桥进行全波整流。

③中断请求电路为延长电池工作时间，CPU在待机时处于休眠的省电状态在实现远程电话机和本地机对控制器功能控制时，由中断请求电路将CPU唤醒

语音电路如图5所示。它以ISD4000语音芯片为核心主要是存储报警語音，输出经功率放大后传送到电话线上

（3）MT8880与PIC单片机的接口电路

MT8880是Mitel公司的DTMF收发器，具有功能强、功耗低、工作稳定、可靠等性高优点因此在DTMF信号调制的场合得到了广泛的应用。MT8880与PIC单片机的接口电路如图6所示

①MT8880与单片机的接口电路。D0～D3为4根数据线的电压MT8880对经过前置處理的DTMF信号进行解调，将解调得的信号存入片内寄存器中并通过IRQ向单片机发出中断信号。单片机相应中断请求后在R、W、RS0、RD的控制下，通过D0～D3读出解调出的数据

②DTMF信号放大电路。当微处理器将要发送的DTMF数据写入MT8880相应的寄存器时MT8880从TONE引脚发出DTMF信号，信号经过放大电路放大後送往变压器进行电压变化。

程序在运行时：①为电器控制器若是远程电话机对控制器进行操作，是根据电话的振铃声数来判断;若本哋电话机对控制器进行操作是根据本地电话机的摘机情况来判断。②为报警器报警探头随时检测到警情并发出信号给控制器，而控制器则是根据用户的设置情况是处于警备与否来判断是否拔出报警电话。图7是程序流程图

下面主要介绍初始化程序、MT8880设置子程序和DTMF信号發送以及接收子程序。

U_m求出电压的有效值，判断“220V100W”的灯泡能否正常发光．交流电压表测量的是有效值．根据W=qU求解电功．

正弦式电流的图象和三角函数表达式；焦耳定律．

本题要注意对于没有特别说明的情况茭流电的数值都是指有效值．计算交流电的电功、电功率都用有效值．