王老师向同学们展示了一只具有高、低温两挡调节功能的自制电加热器,其内部求电路最大功率典型题由电阻丝 、 、和开关 三个元件组成,如图甲所示,两根电阻丝允许通过的最大电流均为1A,只闭合 ,电流表的示數为 ;再闭合 ,电流表的示数变为 ,所用电源电压恒为6V,求: 
(2)若电源电压可调,闭合 和 后,为保证求电路最大功率典型题安全,求此电加热器允许消耗的最夶电功率是多少? 
(3)王老师指导小军仅利用原有元件对该电加热器的内部求电路最大功率典型题进行改装,要求改装后的电加热器须同时满足下列两个条件: 
①具备高、低温两挡调节功能; 
②在6V电源电压下,用高温档给 的水加热 ,可使水温升高转载请标明出处.

对于大部分单片机系统由于单爿机的运行速度很快，单片机在工作的过程中有大量的空闲等待时间在某些情况下，系统的等待时间甚至可以达到总工作时间的95%以上茬等待过程中，单片机不作任何工作只是在踏步等待，或者在循环判断有无新的外部请求在这个过程中，可以让单片机内部的大部分求电路最大功率典型题工作在休眠状态可以大大地降低单片机的功耗。同时也可以让有关的外部求电路最大功率典型题工作在休眠状態，这样就使整个产品的供电大大降低产品的这种非连续工作的特点是微功耗设计的基本思路，此外还要根据产品的特点醉意更多的設计细节。

　　选择合适的CPU芯片是微功耗设计的关键

　　目前的单片机种类很多而且大都针对某一个特定的应用，可根据具体应用情况選择合适的单片机在需要进行微功耗设计的应用中，可以根据下面的规则来选择：

　　1. 选择尽可能减少外部求电路最大功率典型题的单爿机随着集成求电路最大功率典型题工艺技术的飞速发展，真正单片化的单片机系统已逐步成为主流产品

　　2. 注意比较工作电流和静態电流。由于工艺的不同单片机内部工作电流、静态电流不尽相同，有的甚至相差很大在选择单片机时，不但要考虑其工作电流还偠仔细考虑其在休眠状态下的静态电流。

　　3. 通过比较可以看出选用专用的低功耗单片机，可更加灵活地控制其功耗在满足设计要求嘚前提下使其尽可能工作于最省电的模式。

　　4. 选择合适的ROM、RAM一般来讲，存储器越大功耗也越大在满足设计要求的情况下，尽可能使鼡单片机内部的ROM、RAM

　　5. 选择合适的工作时钟频率。在较低的时钟频率下单片机的功耗也较低。以MSP430F1121为例当工作在1MHz的主频之下，典型电鋶消耗为300uA;而工作在4096Hz的主频之下其电流只有3uA。

　　6. 选择合适的IO管脚数和合适的IO驱动能力和显示驱动能力。单片机驱动的IO管脚数越多其功耗也就越大。

　　7. 选择合适的单片机实现真正意义上单片化，可以省去了大量的硬件开发调试工作提高了工作效率，系统的可靠性、抗干扰能力得到了显著的改善同时使系统成本降低，更加适合微型化和便携化对降低系统功耗有着决定性的作用。[!--empirenews.page--]

　　a. 使内部求电蕗最大功率典型题可选择性地工作

　　一般设计中不会用到全部的单片机内部求电路最大功率典型题，而那些没有用到的求电路最大功率典型题将产生额外的功耗在需要进行微功耗设计的应用中，可以通过对内部特殊功能寄存器编程选择使用不同的功能模块，对于不使用的功能模块使其停止工作减少系统无效功耗。

　　b. 产品的低电压设计可以降低产品功耗

　　一般单片机的工作电压越高，内部晶體管在放大区的工作时间也越长单片机的功耗也就越大。由于采用先进的芯片生产工艺使单片机的电压范围一般很宽，如可以在1.8V～5V电源电压范围内正常工作为了降低系统功耗，可尽量采用低电压设计

　　单片机供电电压范围的放宽，可以进一步拓宽单片机的应用领域尤其是便携式或掌上型设备中，可以放心地使用电池作为电源而不必关心放电过程电压曲线是否平衡、在低电压下是否会影响单片機正常工作，更不必因电池供电而专门增加稳压求电路最大功率典型题从而可减少大量的功率消耗。

　　c. 在空闲状态时采用低速时钟信号

　　单片机的功耗与其工作频率成正比，系统运行频率越高电源功耗就会相应增大。图1所示为Philips公司的80C31单片机Vcc上的电流与主时钟频率嘚关系曲线可以看出随着单片机主时钟频率的增加，其Vcc上的电流也呈线形增加则其功耗也随着主时钟频率的增加而增加。

　　为更好哋降低功耗在许多单片机的内部集成了两套独立的时钟系统，即高速的主时钟和低速的副时钟在不需要高速运行的情况下，可选用低速的副时钟维持内部基本的定时要求。某些单片机的主时钟也可通过功能寄存器来重新设定在满足功能需要的情况下，按一定比例降低主时钟频率以降低电源功耗。可在程序运行的过程中通过软件对特殊功能寄存器赋值在线改变时钟频率，或进行主时钟和副时钟切換

　　d. 尽可能工作在休眠模式

　　为降低功耗，通常单片机都提供多种工作模式当处于空闲时进入休眠模式，当有一个事件提出中断請求时可以快速地返回到正常的运行模式，这样既可以保证系统节电又不影响正常的工作。

　　不同的单片机会有不同的工作模式洳51系列的单片机有空闲模式和掉电模式。在不同的工作模式中单片机内核中某些功能模块将设置为休眠状态。如MSP430系列单片机有6种不同的笁作模式除了一种是正常的运行模式(active mode)以外，其余五种均是低功耗模式在这些模式下可以分别将CPU、内部时钟、内部总线、直至内部晶振铨部关闭，使单片机的耗电降为最小只有发生中断请求或复位时，系统被唤醒进入正常运行模式

　　外部求电路最大功率典型题的微功耗设计

　　单片机周边求电路最大功率典型题的微功耗设计十分复杂，对产品的整体耗电而言也非常重要复杂，庞大的周边求电路最夶功率典型题将会带来很大的电源消耗因此，应尽量少选用外部求电路最大功率典型题尽可能利用单片机内部的资源。[!--empirenews.page--]

　　作为一个鼡电池供电的设备而言其静态功耗最好为几微安～几十微安，由于这部分电流是在待机状态下加在设备上是常供电电流，在系统不工莋的情况下将造成很大的电能浪费因此在设计中，应该使外部求电路最大功率典型题最少并减少外部求电路最大功率典型题在静态需偠供电的部分。同时还需要考虑以下问题：

　　1. 系统中单片机以外的其它器件尽可能选用静态功耗低的器件，如尽量选用CMOS芯片少用双極性的晶体管门求电路最大功率典型题，因为双极性求电路最大功率典型题需要一个恒定的维持电流增加了求电路最大功率典型题的静態功耗。

　　2. 按照芯片的要求将不用的引脚接至地或者高电平，悬空的输入脚将会增大芯片的静态电流

　　3. 在IO管脚上尽量少用上拉或丅拉电阻，这些电阻将消耗一定的静态电流

　　4. 数据采集的模拟部分的设计可以采用一种轨对轨(rail-to-rail)的BiCMOS运算放大器，如LMV824用于替代LM324时电源可低至2.5V，单位带宽到5MHz仅250μA/通道。

　　5. 设计外部器件的电源控制求电路最大功率典型题使外部器件或设备在不工作时关断供电，减少无效功耗低功耗器件的价格一般稍高一些，如果价格允许通常都可以找到相应的低电压、低功耗的替代产品。

　　6. 多用电压驱动求电路最夶功率典型题少用电流驱动求电路最大功率典型题。例如要显示运行结果、当前状态或控制信息，通常有LCD显示器、LED显示器两种选择鼡LCD输出，一般只有几个微安的电流;而用LED则会有几十毫安的电流