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2023-06-26
电源管理和休眠模式的优化方法
【摘要】：休眠模式可以使应用程序关闭MCU中没有使用的模块，从而降低功耗。图4-32休眠模式控制寄存器Bit7～Bit 4 Res：保留位。表4－11休眠模式选择注：①仅在使用外部晶体或谐振器时Standby模式才可用。为了使MCU在执行SLEEP指令后进入休眠模式，SE必须置位。为了确保进入休眠模式是程序员的有意行为，建议仅在SLEEP指令的前一条指令置位SE，一旦唤醒立即清除SE。
休眠模式可以使应用程序关闭MCU中没有使用的模块，从而降低功耗。AVR具有不同的休眠模式，允许用户根据自己的应用要求实施剪裁。进入5个休眠模式的条件是置位寄存器SMCR的SE，然后执行SLEEP指令。具体哪一种模式（空闲模式、ADC噪声抑制模式、掉电模式、省电模式和Standby模式）由SMCR的SM2、SM1和SM0决定，如图4-32所示。使能的中断可以将进入休眠模式的MCU唤醒。经过启动时间，外加4个时钟周期（此时MCU停止）后，MCU就可以运行中断服务程序了，然后MCU返回到SLEEP的下一条指令。MCU唤醒时寄存器文件和SRAM的内容不会改变。如果在休眠过程中发生了复位，则MCU从中断向量开始执行。休眠模式控制寄存器——SMCR休眠模式控制寄存器，包含了电源管理的控制位，如图4-33所示。
图4-32 休眠模式控制寄存器
（1）Bit7～Bit 4 Res：保留位。ATmega48／88／168中的这些位都没有使用到，读返回值始终是“0”。
（2）Bit3～Bit1——SM2～SM0：休眠模式选择位2、1和0。如表4-11所示，这些位用于选择具体的休眠模式。
表4－11 休眠模式选择
注：①仅在使用外部晶体或谐振器时Standby模式才可用。
（3）Bit0——SE：休眠使能。为了使MCU在执行SLEEP指令后进入休眠模式，SE必须置位。为了确保进入休眠模式是程序员的有意行为，建议仅在SLEEP指令的前一条指令置位SE，一旦唤醒立即清除SE。
1.空闲模式
SM2～SM0为000时，SLEEP指令使MCU进入空闲模式。在此模式下，CPU停止运行，而SPI、USART、模拟比较器、ADC、两线串行接口、定时器／计数器、看门狗和中断系统继续工作。这个休眠模式只停止了clkCPU和clkFLASH，其他时钟则继续工作。定时器溢出与USART传输完成等内外部中断都可以唤醒MCU。如果不需要从模拟比较器中断唤醒MCU，为了减少功耗，可以切断比较器的电源，方法是置位模拟比较器控制和状态寄存器ACSRACD。如果ADC使能，则进入此模式后将自动启动一次转换。
2.ADC噪声抑制模式
SM2～SM0为001时，SLEEP指令使MCU进入噪声抑制模式。在此模式下，CPU停止运行，而ADC、外部中断、两线串行地址匹配、定时器／计数器2和看门狗继续工作（如果已经使能）。这个休眠模式只停止了clkI／O、clkCPU和clkFLASH，其他时钟则继续工作。此模式改善了ADC的噪声环境，使得转换精度更高。ADC使能的时候，进入此模式将自动启动一次AD转换。ADC转换结束中断、外部复位、看门狗复位、BOD复位、两线串行地址匹配、定时器／计数器2中断、SPM／EEPROM准备好中断、外部中断INT0、INT1或引脚电平变化中断，可以将MCU从ADC噪声抑制模式唤醒。
3.掉电模式
SM2～SM0为010时，SLEEP指令使MCU进入掉电模式。在此模式下，外部晶体停振，而外部中断、两线串行地址匹配、看门狗（如果使能的话）继续工作。只有外部复位、看门狗复位、看门狗中断、BOD复位、两线串行地址匹配、外部电平中断INT0或INT1，以及引脚电平变化中断可以使MCU脱离掉电模式。这个休眠模式基本停止了所有的时钟，只有异步模块可以继续工作。使用外部电平中断方式将MCU从掉电模式唤醒时，必须使外部电平保持一定的时间。从施加掉电唤醒条件到真正唤醒MCU有一个延迟时间，此时间用于时钟重新启动并稳定下来。唤醒时间与熔丝位CKSEL定义的复位时间是一样的。
4.省电模式
SM2～SM0为011时，SLEEP指令使MCU进入省电模式。这一模式与掉电模式只有一点不同：如果定时器／计数器2及看门狗是使能的，在器件休眠期间它们继续运行。除了掉电模式的唤醒方式外，定时器／计数器2的溢出中断和比较匹配中断也可以将MCU从休眠方式唤醒，只要TIMSK2使能了这些中断，而且SREG的全局中断使能位I置位。如果定时器／计数器2无须运行，建议使用掉电模式而不是省电模式。定时器／计数器2在省电模式下可采用同步与异步时钟驱动。如果定时器／计数器2未采用异步时钟，休眠期间定时／计数振荡器将停止；如果定时器／计数器2未采用同步时钟，休眠期间时钟源将停止。要注意的是，在省电模式下同步时钟只对定时器／计数器2有效。
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