本白皮書(shū)介紹了在使用 RL78 微控制器時(shí)實(shí)現(xiàn)低功耗的應(yīng)用示例。本文簡(jiǎn)要概述了微控制器的低功耗特性，并附有一些典型應(yīng)用示例，這些示例將特別關(guān)注 RL78 的高能效運(yùn)行模式、低功耗模式的使用、低速時(shí)鐘以及一些技術(shù)可用于各種設(shè)計(jì)。

介紹

在過(guò)去幾年中，對(duì)低功耗操作的需求急劇增長(zhǎng)。在對(duì)提高移動(dòng)性、便攜性、更小尺寸和新功能的渴望的推動(dòng)下，消費(fèi)、家庭、工業(yè)、辦公和醫(yī)療市場(chǎng)中的許多電子產(chǎn)品都采用基于電池的低功耗設(shè)計(jì)來(lái)滿足全系列的低功耗要求新出現(xiàn)的功率受限應(yīng)用。

RL78 低功耗特性

瑞薩 RL78 系列 MCU 具有卓越的低功耗特性和特性，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)高 MCU 處理性能，以及在待機(jī)操作模式下的低功耗，以降低平均工作電流并最大限度地延長(zhǎng)電池壽命。

應(yīng)用實(shí)例

本應(yīng)用筆記的其余部分分為幾個(gè)基于電池的示例設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了 RL78 MCU 系列的特定低功耗特性。每個(gè)設(shè)計(jì)都包括應(yīng)用示例的簡(jiǎn)短概述、低功耗/電池壽命要求、低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)和/或選項(xiàng)，以及使用選定 RL78 功能的示例實(shí)現(xiàn)、由此產(chǎn)生的電流要求、由此產(chǎn)生的電池壽命計(jì)算，以及在可能的情況下，簡(jiǎn)單的競(jìng)爭(zhēng)比較。

電表

現(xiàn)代電表正從簡(jiǎn)單的手動(dòng)讀取機(jī)械電表發(fā)展為更先進(jìn)的智能電網(wǎng)電表，這些電表提供靈活的監(jiān)控、通信，甚至從中央系統(tǒng)進(jìn)行控制。這些高級(jí)功能必須在使用盡可能少的功率的情況下實(shí)現(xiàn)。在大多數(shù)情況下，即使儀表未連接到電源，也需要電池供電來(lái)保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行。

電表設(shè)計(jì)的主要低功耗要求可以按兩種主要工作模式進(jìn)行分組。當(dāng)電源不可用時(shí)，儀表會(huì)使用電池供電（電池模式）。它仍然必須準(zhǔn)確地跟蹤時(shí)間和日期，以便基于時(shí)間的功能（如可調(diào)速率、自動(dòng)更新和與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集的定期通信）正常運(yùn)行。還需要與公用事業(yè)公司進(jìn)行定期的服務(wù)質(zhì)量通信，報(bào)告電源狀態(tài)（開(kāi)、關(guān)、中斷、電池電量低），但速度會(huì)大大降低以節(jié)省電力。電壓檢測(cè)用于識(shí)別電源何時(shí)恢復(fù)并監(jiān)控電池電量水平。

示例智能電表設(shè)計(jì)

在此示例中，智能電表設(shè)計(jì)將側(cè)重于電池操作模式。示例設(shè)計(jì)的框圖如圖 1 所示。

RL78/G13 處理器、存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備集成了電表的大部分功能。設(shè)計(jì)中使用的關(guān)鍵外設(shè)是用于測(cè)量電傳感器輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、用于與無(wú)線收發(fā)器通信并在 LCD 顯示屏上顯示結(jié)果的 SPI 端口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘 ( RTC) 用于準(zhǔn)確跟蹤每次測(cè)量的時(shí)間，而低電壓檢測(cè)器 (LVD) 用于監(jiān)控電池電壓。

功能描述 – 電池工作模式

為了估算示例設(shè)計(jì)的功耗和電池壽命，確定 MCU 需要執(zhí)行的主要功能非常重要。一些外設(shè)，如 RTC 和 LVD，需要一直運(yùn)行，而其他外設(shè)，如 ADC 或 SPI 端口，將只在一小部分時(shí)間內(nèi)運(yùn)行。本示例設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵功能描述如下。

電池監(jiān)視器

功率監(jiān)視器

發(fā)送更新

接收更新

實(shí)現(xiàn)選項(xiàng)和低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)

在為基于低功耗 MCU 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序時(shí)，通常有幾種可能的實(shí)現(xiàn)選項(xiàng)。一種常見(jiàn)的編程選項(xiàng)是將系統(tǒng)置于低功耗模式并以固定時(shí)間間隔喚醒系統(tǒng) - 定期喚醒。

在我們的示例設(shè)計(jì)中使用周期性喚醒方法，我們將每秒喚醒一次 CPU，然后執(zhí)行發(fā)送更新功能（每 10 分鐘間隔）、電源監(jiān)視器（每 1 分鐘間隔）或電池監(jiān)視器（每 1 秒間隔）。請(qǐng)注意，所有三個(gè)函數(shù)都以每 10 分鐘的間隔執(zhí)行一次。接收更新功能是周期性操作規(guī)則的例外，因?yàn)樗c MCU 的時(shí)基異步（在中央控制請(qǐng)求時(shí)執(zhí)行）。在電池運(yùn)行模式下，接收更新函數(shù)大約每小時(shí)從中央控制發(fā)送一次，因此對(duì)于我們的功率計(jì)算，可以將其視為間隔 1 小時(shí)的常規(guī)函數(shù)??。

競(jìng)爭(zhēng)比較

總平均電流的設(shè)計(jì)主要組成部分是 RUN 模式電流消耗和 STOP 模式電流消耗。通過(guò)查看其他制造商設(shè)備在這些模式下的電流消耗，我們可以了解 RL78/G13 的比較情況。

遙控

遙控器設(shè)計(jì)的低功耗要求都與電池壽命有關(guān)。應(yīng)用程序在活動(dòng)模式下花費(fèi)的時(shí)間和在低功耗模式下花費(fèi)的時(shí)間以及相應(yīng)的電流消耗將決定電池壽命。在低功耗模式下，設(shè)備等待來(lái)自 RTC（更新顯示屏上的時(shí)間）來(lái)自鍵盤(pán)（響應(yīng)按下的按鈕）或來(lái)自低電池電量指示的中斷。

遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)示例

遙控器將使用 RL78/G14 設(shè)備作為主控制器，并帶有外部面向段的顯示器、鍵盤(pán)和射頻收發(fā)器。示例設(shè)計(jì)的框圖如圖 2 所示。

在此示例設(shè)計(jì)中，我們將查看兩種不同的軟件實(shí)現(xiàn)，以了解哪種方法可延長(zhǎng)電池壽命。在一種實(shí)現(xiàn)中，CPU 將喚醒到低頻操作狀態(tài)，而在另一種實(shí)現(xiàn)中，CPU 將喚醒到全速模式。我們將確定在哪個(gè)點(diǎn)上電流消耗較高，但較快處理模式的活動(dòng)時(shí)間減少會(huì)導(dǎo)致平均電流低于較慢但使用較低工作頻率的電流消耗較少的點(diǎn)。

示例火警設(shè)計(jì)

在本示例設(shè)計(jì)中，RL78/G13 MCU 將控制警報(bào)的所有功能。該設(shè)計(jì)的框圖如圖 3 所示。

RL78/G13 處理器、內(nèi)存和外圍設(shè)備集成了大部分報(bào)警功能。設(shè)計(jì)中使用的關(guān)鍵外設(shè)是用于測(cè)量環(huán)境傳感器輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、用于與系統(tǒng)復(fù)位通信的 UART 端口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)用于準(zhǔn)確跟蹤時(shí)間和用于監(jiān)控電池電壓的低電壓檢測(cè)器 (LVD)。

編輯：hfy