本白皮書介紹了在使用 RL78 微控制器時實現(xiàn)低功耗的應(yīng)用示例。本文簡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 的高能效運行模式、低功耗模式的使用、低速時鐘以及一些技術(shù)可用于各種設(shè)計。

介紹

在過去幾年中，對低功耗操作的需求急劇增長。在對提高移動性、便攜性、更小尺寸和新功能的渴望的推動下，消費、家庭、工業(yè)、辦公和醫(yī)療市場中的許多電子產(chǎn)品都采用基于電池的低功耗設(shè)計來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)計人員能夠?qū)崿F(xiàn)高 MCU 處理性能，以及在待機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電池壽命。

應(yīng)用實例

本應(yīng)用筆記的其余部分分為幾個基于電池的示例設(shè)計，重點介紹了 RL78 MCU 系列的特定低功耗特性。每個設(shè)計都包括應(yīng)用示例的簡短概述、低功耗/電池壽命要求、低功耗設(shè)計技術(shù)和/或選項，以及使用選定 RL78 功能的示例實現(xiàn)、由此產(chǎn)生的電流要求、由此產(chǎn)生的電池壽命計算，以及在可能的情況下，簡單的競爭比較。

電表

現(xiàn)代電表正從簡單的手動讀取機械電表發(fā)展為更先進的智能電網(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)進行控制。這些高級功能必須在使用盡可能少的功率的情況下實現(xiàn)。在大多數(shù)情況下，即使儀表未連接到電源，也需要電池供電來保持實時時鐘運行。

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

示例智能電表設(shè)計

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

RL78/G13 處理器、存儲器和外圍設(shè)備集成了電表的大部分功能。設(shè)計中使用的關(guān)鍵外設(shè)是用于測量電傳感器輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、用于與無線收發(fā)器通信并在 LCD 顯示屏上顯示結(jié)果的 SPI 端口、實時時鐘 ( RTC) 用于準確跟蹤每次測量的時間，而低電壓檢測器 (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，需要一直運行，而其他外設(shè)，如 ADC 或 SPI 端口，將只在一小部分時間內(nèi)運行。本示例設(shè)計中的關(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

實現(xiàn)選項和低功耗設(shè)計技術(shù)

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

在我們的示例設(shè)計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）。請注意，所有三個函數(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，因為它與 MCU 的時基異步（在中央控制請求時執(zhí)行）。在電池運行模式下，接收更新函數(shù)大約每小時從中央控制發(fā)送一次，因此對于我們的功率計算，可以將其視為間隔 1 小時的常規(guī)函數(shù)??。

競爭比較

總平均電流的設(shè)計主要組成部分是 RUN 模式電流消耗和 STOP 模式電流消耗。通過查看其他制造商設(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)計的低功耗要求都與電池壽命有關(guān)。應(yīng)用程序在活動模式下花費的時間和在低功耗模式下花費的時間以及相應(yīng)的電流消耗將決定電池壽命。在低功耗模式下，設(shè)備等待來自 RTC（更新顯示屏上的時間）來自鍵盤（響應(yīng)按下的按鈕）或來自低電池電量指示的中斷。

遠程控制設(shè)計示例

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、鍵盤和射頻收發(fā)器。示例設(shè)計的框圖如圖 2 所示。

在此示例設(shè)計中，我們將查看兩種不同的軟件實現(xiàn)，以了解哪種方法可延長電池壽命。在一種實現(xiàn)中，CPU 將喚醒到低頻操作狀態(tài)，而在另一種實現(xiàn)中，CPU 將喚醒到全速模式。我們將確定在哪個點上電流消耗較高，但較快處理模式的活動時間減少會導(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。

示例火警設(shè)計

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

RL78/G13 處理器、內(nèi)存和外圍設(shè)備集成了大部分報警功能。設(shè)計中使用的關(guān)鍵外設(shè)是用于測量環(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、實時時鐘 (RTC)用于準確跟蹤時間和用于監(jiān)控電池電壓的低電壓檢測器 (LVD)。

編輯：hfy