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煙葉烤房監(jiān)測儀中的低功耗設計
摘要：隨著電子業(yè)的迅速發(fā)展和便攜式設備的廣泛應用，低功耗設計已成為嵌入式設計的主流思想。結(jié)合煙葉烤房監(jiān)測儀，從設計的三個階段——元器件選擇、電路設計、軟件設計來討論低功耗設計中的實用策略，并列出實驗數(shù)據(jù)，分析各個策略的優(yōu)化程度。關鍵詞：低功耗設計 煙葉烤房監(jiān)測儀 元器件選擇 電路設計 軟件設計
近年來，隨著我國煙葉生產(chǎn)水平的不斷提高，煙葉烘烤調(diào)調(diào)制過程受到了越來越多的重視，成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的關鍵步驟；而傳統(tǒng)的人工長期監(jiān)守、利用干濕球采集數(shù)據(jù)的方式已產(chǎn)生越來越多的弊端，與現(xiàn)場化的烤房設施不相適應。采用電子設備對烤房溫濕度進行監(jiān)測，減少人工干預，已成為烤煙技術發(fā)展的一個必然趨勢�？痉繉嵤潜O(jiān)測儀可以很好地解決烤煙的耗人力問題，能夠依據(jù)烤煙所需溫濕度曲線對烤房溫度和濕度進行實時監(jiān)測，在非正常情況時自動語音報警，并具備較高的數(shù)據(jù)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于應用環(huán)境的要求，該儀器定位于便攜式產(chǎn)品，因而是否具備功耗低、壽命長的特性，便成為產(chǎn)品能否推廣的首要指標。
在這個監(jiān)測儀的研發(fā)過程中，低功耗設計計貫穿始終。本文主要從嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的三個階段——元器件選擇、電路設、軟件設計來闡述所用到的低功耗設計策略。
1 元器件的選擇
元器件的選擇在產(chǎn)品的研發(fā)之初就要考慮。它是整個產(chǎn)品實現(xiàn)低功耗的前提和基礎，同時它又具有與產(chǎn)品功能、性能需求直接相關，特殊性針對性強的特點。
首先擬定監(jiān)測儀的系統(tǒng)方案。監(jiān)測儀主要由微控制器、顯示、語音報警、實時時鐘、外掛存儲器、串口、溫濕度數(shù)據(jù)采集電路以及鍵盤、電源幾部分組成，如圖1所示。
在了解大量同類芯片性能的基礎上，開始對各個部分的器件進行選型。
首先是選擇作為核心控制部件的微控制器，這是決定系統(tǒng)性能的關鍵器件。選用微控制器主要有以下五個原則：①選擇CMOS器件。由于TTL器件要比相對應的CMOS器件功耗高很多，因此這是降低系統(tǒng)功耗的最直接辦法。②可以低頻、低壓運行。CMOS電路的功耗特性為：
P=PD+PA
其中：P為總功耗；
PD為靜態(tài)功耗，PD=VDD×IDD;
PA為動態(tài)功耗，PA=VDD×ITC+V2DD×RfCL。
可見CMOS電路功耗主要為動態(tài)功耗，而動態(tài)功耗又正比于工作頻率和工作電壓的平方，因此在滿足系統(tǒng)性能要求的前提下，要盡量降低工作頻率和電壓。③有可切換的幾種工作模式�，F(xiàn)有的很多單片機為了降低功耗，都設置有多個工作模式，如休眠、運
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