当今的便携式产品设计对所使用的电池有一些相互矛盾的要求。 例如，更丰富的产品功能会增加功耗。 最终用户希望电池的使用寿命更长，但产品尺寸的缩小和成本的限制阻碍了电池容量的增加。 ，所以省电就成为最重要的考虑因素。 为了最大限度地降低功耗，传统设计通常会尽可能降低电流消耗。 但实际上，电池的存储容量是电压、电流和时间的乘积。 为了有效提高整个系统的电源效率，必须同时考虑这三个变量。 。 使用电池作为电源且这些电池可由用户更换的微控制器系统可以使用专门针对这些变量设计的微控制器，因为它们可以使用芯片上的内置电压转换和传统低功耗操作等功能。 模型来解决上述问题。
那么什么是多MCU系统呢？
多MCU系统由1个MCU和4个从MCU组成。 所有MCU均采用PHILIPS的P89C668微控制器芯片，该芯片内部具有ISP/IAP可编程64KB Flash程序存储器和8KB RAM。 每个机器周期可以使用6个时钟周期，是传统单片机（80C51）的两倍。 其余的双工增强型 UART 具有帧错误检测和自动地址识别功能，以及可编程时钟输出功能和可编程计数器阵列 (PCA)。 它们是PHILIPS MCU家族中相对高端的产品。
(1) 主机MCU功能
1.负责与PC机的通讯。 通讯采用目前流行的USB总线通讯方式。 它一方面接收来自PC机的命令和数据，另一方面向PC机发送测试数据和自检信息。
2. 解释来自PC 的命令并将其发送给所有从站或相应的从站。 对来自PC机的数据进行分类并发送给相应的从机。 在其自己的 RAM 上执行自检。
3、负责与四台从机的通讯。 通信为多机主从模式，利用MCU的RxD和TxD端以全双工UART串行方式进行通信，并采用帧错误检测和自动地址识别功能。
4、管理四台从机进行同步测试。 主MCU利用P1口的低四位（1.4、P1.5、P1.6、P1.7）向四台从机发送同步控制信号，使多台从机在测试过程中保持同步。
(2) 从机MCU1~MCU4的功能
1、通过串口通信，通过RxD口接收主MCU发出的自身相关命令和数据。
2. 每台从机共 96 个 I/O 口 P0.0~P0.7、P1.0~P1.7、P2.0~P2.7 分别连接到测试通道 Port1~Port96。 根据I/O口的设备情况，将测试激励信号输出到定义的输出通道，并从相应的输入通道读取测试结果并存储在相应的RAM单元中。
3、待测电路板某输出通道测试完成后，将测试结果发送至主MCU的RAM存储区，再由主MCU发送至计算机。
MCU系统可以测试通道适配器接口卡、测试平台编程、应用软件设计以及标准诊断数据库的软件生成方法。
1、电池特性
大多数低端和中端便携式产品使用可由用户更换的可更换或可充电电池。 如图1所示，单节电池充满电时的电压通常在1.2-1.6V之间，当电量耗尽时，电压降至0.9-1.0V。 两节单节电池串联可提供1.8-3.2V之间的电压。
图1 常见单、双电池组电压范围
2、单片机正常工作时的电源特性
常见的低功耗微控制器可以在两节电池的供电范围内工作。 例如，大多数8位和16位微控制器都使用0.35微米CMOS技术。 它们的工作电压最高可达3.6V，但当电压仅为1.8V时，其性能就会受到影响。 当电压较低时，数字逻辑的运算速度会减慢，模拟开关元件的导通电阻也会增加，元件性能也会随着电池电压而变化，但电池电压通常与应用无关要求。 此外，如果数字逻辑设计为在最低电池电压下运行，那么它将在较高电压下消耗更多电流。
CMOS逻辑门的动态功耗可写为：P=C？ V2？ f，其中C是负载电容，它是设计和工艺技术的函数； V是电源电压； f 是开关频率，它是应用处理要求的函数。 电源电压是控制功耗的主要手段。 因此，如果可以像C8051F9xx中包含的低压差（LDO）调节器那样直接在芯片中添加电压转换功能，就可以为微控制器的数字数据提供稳定的1.8V电压。 核心（参见图2），从而显着降低动态功耗。
图2 内置LDO稳压器的8位微控制器
3. 电压转换的好处
观察CMOS技术的动态功耗关系有助于了解使用LDO稳压器的优势。
P=C·V2·f
=V·(C·V·f)
=V·I
（其中动态电流I=C·V·f）
在分析动态电流时，常常根据1MHz频率或特定电源电压对动态电流进行归一化； 例如，在1.8V电压下，常见的低功耗微控制器每1MHz的动态电流消耗为220μA。 如果没有电源调节，在3.2V电压下，每1MHz将增加到220×(3.2÷1.8)=391μA。 但如果使用 LDO 稳压器，则在整个电压范围内电池电流将固定为每 1MHz 220μA。 设计人员还可以升级到更先进的 0.18 微米工艺技术，使数字逻辑速度更快，并将电流消耗降低 20% 至 30%。 将工作电压降低到1.8V以下并不困难，但现有的闪存技术至少需要1.8V，而且许多模拟外设也需要1.8V以上的电压才能满足性能和应用要求。
图 1 显示单电池或双电池架构均无法提供 1.6-1.8V 之间的电压。 如果微控制器的核心电压在此范围内，则使用2节电池时LDO可以提供所需的电压，使用1节电池时可以使用基于电感的DC/DC升压转换器。 在整个电池寿命期间，电池供电电路只需要进行升压或降压转换，而不必在两种模式之间动态切换。 虽然集成的DC/DC升压转换器（例如C8051F9xx内置转换器）稍微增加了电路复杂性，但它允许系统仅依靠单节电池运行，从而显着降低了产品的成本和尺寸。
虽然LDO可以显着降低双电池系统的功耗，但DC/DC升压转换器可以提供比LDO更高的整体电源效率。 在其他条件相同的情况下，使用效率高达 80% 的 DC/DC 升压转换器的单电池设计所消耗的功率仅为不带 LDO 的传统 0.35 微米双电池设计的一半。
4. 睡眠模式要求
(1) 为了提供最大的电源效率和最长的电池寿命，必须优化微控制器在唤醒过程和正常模式下的操作，以确保组件大部分时间处于超低功耗睡眠模式。 在某些应用中，睡眠模式电流是总体功耗的最大贡献者。 1
(2) 为了最大限度地减少睡眠模式下的电流，必须关闭 LDO 和 DC/DC 转换器，并且必须切断数字内核的电源。 它们必须能够快速启动，以便微控制器能够快速返回到正常工作模式。 许多模块如电源管理和实时时钟电路（RTC）甚至需要在睡眠模式下运行，因此它们必须能够在0.9-3.2V的非稳压电源下工作。 切断数字核心逻辑的电源还可以防止断态漏电流增加睡眠模式电流。 然而，即使微控制器进入睡眠模式，它也必须保存RAM存储器和所有寄存器的内容，以便程序可以从正确的位置恢复执行。 它还需要某种形式的连续电源电压监控或掉电检测，以确保即使电压降至保存数据所需的最小电压以下，该状态数据也不会丢失。
(3)单片机应能够在外部事件触发或内部定时到期时离开睡眠模式，最好同时支持石英晶体或RC振荡器。 为了保证最长的电池寿命，整个芯片（包括电压暂降检测电路和32.768kHz石英振荡器）的睡眠模式电流应小于1μA。 例如，包含电压暂降检测电路的C8051F9xx的典型睡眠模式电流仅为50nA，并且可以快速从睡眠模式返回到正常工作模式（使用2节电池时通常为2μs，使用1节电池时小于1μs）10μs ）。
5. 尽量减少正常运行模式的时间
当微控制器在睡眠模式和正常模式之间切换时，尽管电流消耗很高，但并没有做任何实质性的工作。 快速唤醒时间可节省电量并快速响应时间敏感的触发事件，例如由于串行端口活动而返回正常模式。 避免在高速系统频率电路中使用慢启动的石英振荡器，而应选择精确且快速启动的片内振荡器。 模拟模块的启动方式也会对微控制器保持正常模式的时间有很大影响，例如使用外部去耦电容的稳压器或电压参考电路，可能需要几毫秒才能稳定。 进入正常工作模式后，数字内核应该工作在最大频率，这样静态电流就可以分散到更多的频率周期，减少每1MHz的电流消耗。 分析此性能规格时，最好包括所有静态电流源，例如电源电压和频率监控电路、参考电压电路、LDO 稳压器和系统频率振荡器。
6. 一体化解决方案的优势
无论传统微控制器与外部LDO稳压器还是DC/DC升压转换器搭配使用，其性能都无法与完全集成的解决方案相匹配。 集成组件不仅可以显着减小尺寸和成本，而且集成电压转换器通常效率更高，因为它们是专门为微控制器内核供电而设计的。 最后，外部转换器不能关闭并进入睡眠模式，否则将无法向微控制器提供电源。 一些外部 DC/DC 升压转换器可以为待机模式下休眠的微控制器供电，但待机模式通常会从电池消耗数十微安的电流。
总结
只有了解电池的特性、性能和结构，以及耗电体的工作模式，才能最大限度地降低电池供电的MCU系统的功耗。 便携式产品的设计会与所使用的电池产生一些冲突，这可以随着产品的开发而解决。 丰富的功能会增加功耗。 最终用户希望电池的使用寿命更长，但产品尺寸的缩小和成本的限制阻碍了电池容量的增加。
