怎样设计才能使PIC单片机实现低功耗系统

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，振荡电路最难启动(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，从而帮助电路起振。此外，选择C2稍大于C1以增大相移，也有利于电路起振。

PIC单片机低功耗系统的设计方法介绍

1 低功耗设计方法

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。

1.1 基本设计方法

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单片机，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。在许多低功耗的场合，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，从而改变单片机工作频率，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引脚设置为输出并输出高电平，从而提高振荡频率。

1.2 振荡电路设计

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路如图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，这是不合适的。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情况，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，如何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，振荡模式的选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度和最大电压情况下，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电容，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，可以增加负载电容C2来补偿。C2一般选择在15～33pF之间。

2 具体应用例子

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、语音集成电路、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端口产生中断信号，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;达到设定铃声数后，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;当探头向控制器发出警情信息，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。

2.3 应用电路

(1)电话接口电路

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。接口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，它的作用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号，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。

(2)语音电路

语音电路如图5所示。它以ISD4000语音芯片为核心，主要是存储报警语音，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，MT8880对经过前置处理的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后，送往变压器进行电压变化。