单片机与传感器 课件 项目四 智能手环电源管理

单/片/机/与/传/感/器项目四智能手环电源管理项目引入

作为便携式移动设备中最关键的技术之一，电源管理充当着重要的角色。针对于目前的智能手机、移动、平板电脑、便携卫星通信设施等，其一般都具有较大屏幕、高频、多核处理器、超大内存、各种各样的外设，以及多任务处理操作系统等特点。所有这些都导致着整个系统功耗上升，电源管理变得尤其重要。

智能手环作为目前备受用户关注的科技产品，其拥有的强大功能正悄无声息地渗透和改变人们的生活。振动马达非常实用，简约的设计风格也可以起到饰品的装饰作用。然而一个上百毫安时的智能手环内置的电池却可以坚持10天，而通常更大的智能手机却每天都要充电这是为什么呢？任务分解任务一：设备电压检测设计01任务描述:本任务通过程序使用CC2530单片机的ADC外设实现对CC2530单片机底板的电源电压检测，通过使用IARfor8051开发环境的调试窗口查看ADC的电压转换值，并将电压采集值转换为电压物理量。02学习目标：掌握ADC的用途和原理掌握CC2530ADC外设的使用任务一：设备电压检测设计ADC模数转换简介1.1

ADC模数转换概念ADC是Analog-to-DigitalConverter的缩写，指模/数转换器或者模数转换器

。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。3Bit电压转换原理（右图）任务一：设备电压检测设计ADC模数转换简介1.2

ADC信号采样率模拟信号在时域上是连续的，因此可以将它转换为时间上连续的一系列数字信号。这样就要求定义一个参数来表示新的数字信号采样自模拟信号速率。这个速率称为转换器的采样率（samplingrate）或采样频率（samplingfrequency）。任务一：设备电压检测设计ADC模数转换简介1.3

ADC分辨率常用二进制的位数表示；例如8位的AD，可以描述255个刻度的精度（2的8次方），在它测量一个5V左右的电压时，它的分辨率是5V除以255，大约改变一个的刻度其改变的最小单位必须是0.02V。ADCz的分辨率是指使输出数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量任务一：设备电压检测设计ADC模数转换简介1.4

ADC量化误差概念ADC把模拟量转化为数字量，用数字量近似值标志模拟量，这个过程称之为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。实际上要准确表示模拟量，ADC的位数需要很大甚至无穷大。一个分辨率有限的ADC的阶梯转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转化特性曲线（直线）之间的最大偏差既是量化误差。任务一：设备电压检测设计2.CC2530与ADC模数转换2.1

CC2530的ADC模数转换CC2530的ADC支持多达14位的模拟数字转换，具有多达12位的ENOB（有效数字位）。它包括一个模拟多路转换器，具有多达8个各自可配置的通道；以及一个参考电压发生器。转换结果通过DMA写入存储器。还具有若干运行模式。CC2530的ADC模数转换功能框图:任务一：设备电压检测设计2.CC2530与ADC模数转换2.2

ADC模块特征01可选取的抽取率，设置分辨率（7~12位）。028个独立的输入通道，可接收单端或差分信号。03参考电压可选为内部单端、外部单端、外部差分或AVDD5。04单通道转换结束可产生中断请求05序列转换结束可发出DMA触发。06可将片内温度传感器作为输入07电池电压测量功能。任务一：设备电压检测设计2.CC2530与ADC模数转换2.2

ADC模块的信号输入端口0引脚可以配置为ADC输入端，依次为AIN0~AIN7：可以将一个对应AVDD5/3的电压作为ADC输入，实现电池电压监测。片上温度传感器的输出也可以作为ADC的输入用于测量芯片的温度。差分输入对：AIN0~AIN1、AIN2~AIN3、AIN4~AIN5、AIN6~AIN7。可以把输入配置为单端输入或差分输入。单端电压输入AIN0~AIN7，以通道号码0~7表示；四个差分输入对则以通道号码8~11表示；温度传感器的通道号码为14；AVDD5/3电压输入的通道号码为15。负电压和大于VDD的电压都不能用于这些引脚。任务一：设备电压检测设计2.CC2530与ADC模数转换2.3

ADC相关的几个概念序列ADC转换可以按序列进行多通道的ADC转换，并把结果通过DMA传送到存储器，而不需要CPU任何参与。单通道ADC转换在程序设计中，通过写ADCCON3寄存器触发单通道ADC转换，一旦寄存器被写入，转换立即开始。参考电压内部生成的电压、AVDD5引脚、适用于AIN7输入引脚的外部电压，或者适用于AIN6~AIN7输入引脚的差分电压。转换结果数字转换结果以2的补码形式表示。对于单端，结果总是正的。对于差分配置，两个引脚之间的差分被转换，可以是负数。当ADCCON1.EOC设置为1时，数字转换结果可以获得，且结果总是驻留在ADCH和ADCL寄存器组合的MSB段中。中断请求通过写ADCCON3触发一个单通道转换完成时，将产生一个中断，而完成一个序列转换时，是不产生中断的。当每完成一个序列转换，ADC将产生一个DMA触发。任务一：设备电压检测设计2.CC2530与ADC模数转换2.4CC2530的ADC寄存器介绍CC2530中与ADC相关的寄存器有6个，这6个寄存器分别是：01ADCH（ADC转换结果高位存放寄存器）02ADCL（ADC转换结果低位存放寄存器)03ADCCON1（ADC通用控制寄存器1）04ADCCON2（ADC通用控制寄存器2）05ADCCON3（ADC通用控制寄存器3）06APCFG（ADC通道配置寄存器）任务一：设备电压检测设计3.任务引导及步骤3.1电池电压分压电路图项目中CC2530单片机采集的电压为电池电压，由于电池标准电压为12V远高于CC2530单片机的3.3V工作电压，因此电池电压需要通过相应的硬件电路进行处理，将电池电压等比例缩小到CC2530单片机可接受的工作电压。任务一：设备电压检测设计3.任务引导及步骤3.2程序流程图程序设计思路是首先初始化系统时钟。初始化完成后进入主循环，主循环中先进行ADC的配置，配置完成后启动ADC转化，等待ADC转化结束后，将取得的最终转化结果存入value中。任务一：设备电压检测设计3.任务引导及步骤3.3模数转换配置程序:intadc_test(void){unsignedintvalue;APCFG|=0x10;//模拟I/O使能

P0SEL|=0x10;//端口0_4功能选择外设功能P0DIR&=~0x10;//设置输入模式ADCCON3=0xB4;//选择AVDD5为参考电压；12分辨率；P0_4ADCADCCON1|=0x30;//选择ADC的启动模式为手动ADCCON1|=0x40;//启动AD转化

while(!(ADCCON1&0x80));//等待ADC转化结束

value=ADCL>>2;value|=(ADCH<<6)>>2;//取得最终转化结果，存入value中

return((value));}任务小结设备电压检测设计通过本任务的学习和开发，理解微处理器ADC转换原理，掌握CC2530ADC转换的功能和特点，并理解电压表在实际应用过程中的电压测量原理。CC2530与ADC模数转换ADC模数转换知识点1知识点2谢谢！

任务二：设备低功耗设计01任务描述:本任务使用CC2530单片机的模拟运动手环的低功耗设计，通过使用连接在CC2530管脚上的指示灯的不同闪烁模式来表示CC2530单片机低功耗模式的各个阶段。02学习目标：掌握电源管理的功能及作用掌握CC2530电源管理功能的使用任务二：设备低功耗设计电源管理简介1.1

电源管理概念电源管理是指如何将电源有效分配给系统的不同组件。电源管理对于依赖电池电源的移动式设备至关重要。通过降低组件闲置时的能耗，优秀的电源管理系统能够将电池寿命延长两倍或三倍。电源管理技术也称做电源控制技术，它属于电力电子技术的范畴，是集电力变换，现代电子，网络组建，自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术。任务二：设备低功耗设计电源管理简介1.2

电源管理与低功耗电源管理技术在物联网领域更加侧重于低功耗方向，目前的电源管理低功耗设计主要从芯片设计和系统设计两个方面考虑。低功耗IC目前低功耗产品运用在众多电子设备中，而目前主流的低功耗IC有AVR、MSP430、CC3200、CC2530等。低功耗技术主流低功耗技术有BLE4.0、Zigbee、低功耗WIFI等。任务二：设备低功耗设计电源管理简介1.3

低功耗设计技术低功耗设计是一个复杂的综合性课题。就流程而言，包括功耗建模、评估以及优化等；就设计抽象层次而言，包括自系统级至版图级的所有抽象层次。同时，功耗优化与系统速度和面积等指标的优化密切相关，需要折中考虑。常用的低功耗设计技术低功耗状态机编码低功耗单元库门控时钟和可变频率时钟动态电压调节任务二：设备低功耗设计2.C2530电源管理2.1

CC2530电源管理介绍CC2530在低功耗设计上采用不同的运行模式和供电模式用于低功耗运行。CC2530超低功耗运行的实现是通过关闭电源模块以避免静态（泄露）功耗，同时通过使用门控时钟和关闭振荡器来降低动态功耗。CC2530提供了有五种不同的运行模式（供电模式），这五种模式分别为主动模式、空闲模式、PM1、PM2和PM3。主动模式是一般模式，PM3则为最低功耗模式。供电模式高频振荡器低频振荡器稳压器（数字）配置A32MHzXOSC

B16MHzRCOSCC32kHzXOSC

D32kHzRCOSC

主动/空闲A或BC或DONPM1无C或DONPM2无C或DOFFPM3无无OFF任务二：设备低功耗设计2.C2530电源管理2.2

CC2530的四种配置模式根据晶振的使用情况将芯片的时钟资源分为了4种配置模式。主动/空闲模式完全功能模式。稳压器的数字内核开启，16MHzRC振荡器或32MHz晶体振荡器运行，或者两者都运行。PM1稳压器的数字部分开启。32MHzXOSC和16MHzRCOSC都不运行。32kHzRCOSC或32kHzXOSC运行。PM2稳压器的数字内核关闭。32MHzXOSC和16MHzRCOSC都不运行。32kHzRCOSC或32kHzXOSC运行。PM3稳压器的数字内核关闭。所有的振荡器都不运行。任务二：设备低功耗设计2.C2530电源管理2.3

CC2530的四种供电模式主动模式是完全功能的运行模式，CPU、外设和RF收发器都是活动的。数字稳压器是开启的。PM1在PM1模式下，高频振荡器(32MHzXOSC和16MHzRCOSC)是掉电的。稳压器和使能的32kHz振荡器是开启的。当进入PM1模式，就运行一个掉电序列。PM2PM2具有较低的功耗。在PM2下的上电复位时刻，外部中断、所选的32kHz振荡器和睡眠定时器外设是活动的。PM3PM3用于获得最低功耗的运行模式。在PM3模式下稳压器供电的所有内部电路都关闭（基本上是所有的数字模块，除了中断探测和POR电平传感）。内部稳压器和所有振荡器也都关闭。主动/空闲模式任务二：设备低功耗设计2.C2530电源管理2.4

CC2530电源管理寄存器CC2530的电源管理控制寄存器主要有三个，这三个寄存器分别为:CC2530的电源管理控制寄存器SLEEPSTA（睡眠模式控制状态寄存器）SLEEPCMD（睡眠模式控制寄存器）PCON（供电模式控制寄存器）任务二：设备低功耗设计3.任务引导及步骤3.1

系统硬件架构分析任务二：设备低功耗设计3.任务引导及步骤3.2

程序流程图任务二：设备低功耗设计3.任务引导及步骤3.3

电源模式选择程序voidpower_mode(unsignedcharmode){if(mode<4){SLEEPCMD&=0xfc;//将SLEEP.MODE清0SLEEPCMD|=mode;//选择电源模式PCON|=0x01;//启用此电源模式}//通过