電池供電設備的開發(fā)人員通常面臨著提供高水平的功能和性能，同時限度地延長電池壽命的挑戰(zhàn)。水流量計和燃氣流量計、醫(yī)療監(jiān)控設備和遠程傳感器等應用通常需要單塊電池的電池壽命長達數(shù)月甚至數(shù)年。在某些情況下，開發(fā)人員還面臨著開發(fā)完全沒有電池的下一代產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，需要從熱、振動和光等環(huán)境來源收集能量。此外，隨著更多應用對更長電池壽命和更小電池的需求不斷增加，用戶不斷要求其產(chǎn)品具有更多功能和更高性能。

為了限度地提高功能和電池壽命，這些電池供電應用的開發(fā)人員必須在其系統(tǒng)架構和設計中考慮許多因素。在這些應用中，微控制器是主要的功耗設備，開發(fā)人員必須仔細考慮能源的使用方式。本文重點介紹微控制器消耗能量的主要模式，描述每種模式中必須考慮的關鍵參數(shù)，并為開發(fā)人員提供一個整體框架，以便在特定應用的環(huán)境中評估和比較微控制器。通過了解微控制器消耗能量的多種方式，開發(fā)人員可以做出系統(tǒng)架構決策、選擇組件并為微控制器用戶提供優(yōu)化的功能和更長的電池壽命。

功率不僅僅是一個數(shù)字

為了限度地延長電池壽命，開發(fā)人員必須限度地減少產(chǎn)品生命周期內的功耗。總功率和能量定義為：

功率 = I x V

能量 = I x 時間 x V

為了限度地減少系統(tǒng)微控制器的功耗或能耗，開發(fā)人員只需檢查產(chǎn)品數(shù)據(jù)表即可確定應用所需的 CPU 頻率下消耗的電流。將該電流乘以電池電壓，并使用所得數(shù)據(jù)選擇功耗的微控制器。這看起來很簡單；但是，請考慮一些有關典型應用的假設問題，以確定這種功耗觀點是否全面：

當微控制器不運行時系統(tǒng)是否進入待機模式？

系統(tǒng)是否需要在特定的時間間隔自動喚醒自己？

系統(tǒng)是否進行任何真實世界的模擬信號測量？

系統(tǒng)是否需要記錄任何數(shù)據(jù)以供日后分析或傳輸？

雖然這些只是開發(fā)人員在優(yōu)化功耗時必須考慮的幾個問題，但大多數(shù)電池供電的應用程序對上述幾個問題的回答都是“是”。查看微控制器電流和電壓的簡單方法并不能準確表示微控制器功耗。

模型遙感應用

為了讓開發(fā)人員全面了解微控制器功耗，他們必須考慮四個主要功耗類別：

待機功耗——典型的微控制器應用在產(chǎn)品生命周期的大部分時間都處于低功耗待機模式，等待內部或外部事件來喚醒 CPU 來處理數(shù)據(jù)、做出決策并與其他系統(tǒng)組件進行通信。在許多電池供電的應用中，待機功耗消耗的能量和電池壽命。

外設電源 – 現(xiàn)代微控制器集成了許多智能外設，允許與其他系統(tǒng)組件進行通信并測量真實世界的信號。在測量模擬信號的系統(tǒng)中，這會對電池壽命產(chǎn)生重大影響。

數(shù)據(jù)記錄能力——大多數(shù)微控制器應用都會記錄數(shù)據(jù)以供稍后分析或傳輸。該數(shù)據(jù)使用微控制器內部或外部的非易失性存儲器進行記錄。根據(jù)必須記錄的數(shù)據(jù)的頻率和數(shù)量，數(shù)據(jù)記錄會極大地影響電池壽命。

有功功率 – 了解 CPU 主動處理時的功率對于限度地延長電池壽命至關重要。