物联与传感教程 4

任务2.4智能门锁低功耗管理的设计与实现引入在智能门锁是在校园的实验室和多媒体教室中经常见到，是智慧校园中常见的一个功能,智能门锁在长时间不使用的时候最好运行在低功耗的状态，这样可以节约能源，并且对门锁也是一种保护，就像我们的电脑在长时间没有操作的情况下，可以进行睡眠状态，这样既可以节能，对我们的门锁也是一种保护。本任务主要学习cc2530的电源管理，通过按键或者计时的方式使我们的微处理器进入睡眠的状态，以达到节能的目的。目录第一章节

电源管理01电源管理基本概念02电源管理与低功耗03低功耗设计技术第二章节

任务设计与实现01CC2530电源管理02CC2530的四种模式03CC2530电源管理寄存器第一章节

电源管理01GPIO概述02CC2530的GPIO知识点01电源管理基本概念第一章节

电源管理电源管理基本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供电的移动式设备至关重要。通过降低组件闲置时的能耗，优秀的电源管理方案能够将电池寿命延长2～3倍。第一章节

电源管理电源管理基本概念便携式电源管理采用各种技术和方法对具有电能消耗且运行嵌入式系统的便携式设备进行动态管理与控制，其目的是提升嵌入式系统电能的利用效率。第一章节

电源管理电源管理基本概念便携式设备多数易携带、体积相对较小，通常采用电池供电。嵌入式系统的电源管理具有以下特点。①可裁剪：一般来说，嵌入式系统的应用环境不尽相同，因此需要针对设备所要求的具体功能来决定实际的需求，要求电源管理是可以配置、可以裁剪的，以便满足嵌入式系统的各种需求。②工作效率高：对电能进行规划来节省能耗是电源管理的目的，当引入电源管理后，会占用嵌入式系统的内存空间，这反而会导致电能消耗量的增加。因此，嵌入式系统在运行电源管理时，消耗的电能要尽量小，运行时的效率要尽量的高，这样才能让消耗的电能远远小于节省的电能。③软件的容量不大：嵌入式设备的容量大小有严格的限制，要求在设备上运行的应用程序不能太大，因此需要尽可能优化电源管理的代码，去除不必要的功能，使得软件尽量小。④精度高：便携式设备一般使用电池供电，电池的剩余量最大限度地决定其能否正常运行，因此，必须对电池电量做出非常准确的评估并对设备剩余工作时间进行估算，才能实现最好的体验。第一章节

电源管理知识点02电源管理与低功耗第一章节

电源管理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是从芯片设计和系统设计两个方面考虑的。微处理器作为数字系统的核心部件，其低功耗设计对降低整个系统的功耗具有重要的意义。分目前低功耗产品运用在众多电子设备中，目前常用的低功耗处理器有AVR、MSP430、CC3200、CC2530等，主流低功耗技术有BLE4.0、ZigBee、低功耗Wi-Fi等。第一章节

电源管理知识点03低功耗设计技术第一章节

电源管理低功耗设计技术在进行微处理器的低功耗设计时，首先要了解不同单元的功耗，其中时钟单元功耗最高，因为时钟单元有时钟发生器、时钟驱动、时钟树和时钟控制单元等；数据通路是仅次于时钟单元的部分，其功耗主要来自运算单元、总线和寄存器堆；此外还有存储单元、控制部分和输入/输出部分，存储单元的功耗与容量相关。性能与功耗是一对矛盾体，处理器的功耗会随着性能的提升而增加，追求高速度、高负荷能力、高准确度都会增加功耗。低功耗技术包括硬件低功耗技术和软件低功耗技术。第一章节

电源管理低功耗设计技术硬件方面比较常用的低功耗技术如下：硬件低功耗技术①使用低功耗器件：目前，便携式设备内部的大部分元器件都采用比TTL电路功耗更低的CMOS电路，在搭载嵌入式系统的便携式设备中，选用CMOS电路可以将低功耗与高速、高精度完美地结合起来。②门控时钟：在主控芯片中，广泛分布的时钟信号的跳变占据了系统绝大部分的功耗，但又不能直接通过降频的方式来降低功耗，因为降频的同时系统的工作性能也会随之降低，微处理器完成工作的功耗仍旧不会降低。对于某些空闲的模块和信号来说，在特定的时间段内，对内部进行操作并不会影响系统状态的改变，门控时钟可以将那些空闲的模块或信号切断以减小功耗。③降低时钟频率：在满足系统指标的前提下，最好选用频率较低的元器件，这样有利于降低功耗。例如，使用英特尔的控制器，当时钟频率为12MHz时周期是1μs，但使用摩托罗拉的控制器，只需时钟频率为4MHz就能达到相同的速度；有的元器件使用锁相环方法，可以把主控芯片的时钟频率降低至32kHz，但内部总线的频率仍可达到8MHz。降低时钟频率可降低EMI（电磁干扰），同时也可以减少高频干扰，以及布线所引起的问题。第一章节

电源管理低功耗设计技术在硬件允许的前提下，可以使用软件手段来控制设备的低功耗。只有在低功耗的系统与应用程序同时支持的情况下，软件低功耗技术才能达到预期的效果。软件低功耗技术①调度算法:在功耗方面，微处理器作为系统里面最主要的部分，占据了大部分的功耗，因此，在微处理器的管理方面，需要设计比较好的调度算法，使得微处理器既能正常地完成系统所分配的工作，在功耗管理方面，根据时钟频率的不同，微处理器包括多种工作模式，频率越低，对应的功耗也会有所降低，但同时会对微处理器的任务处理能力有一定的影响，因此，一旦微处理器处于空闲状态，则让其进入低功耗模式，同时让长期处于没有任务请求的模块进入睡眠模式，这会使功耗降低许多。第一章节

电源管理②低功耗设备驱动:设备驱动为应用层提供设备驱动接口，因此，上层的应用软件如果想获得低功耗的属性，就必须优化驱动层。在驱动层抽象的设备属性中不得对硬件加以策略的限制，否则驱动层以上的软件就无法更好地运用设备。③应用函数接口:驱动层仅提供低功耗硬件特性的函数接口，然而在策略层中则有不同的低功耗策略供应用层选择使用。系统性能的好坏主要取决于硬件和策略性能的使用所造成的影响，其影响程度则需要看具体的硬件及其使用的策略。应用层可以使用不同的策略以达到降低功耗的目的，所选择的策略包括：对于微处理器，可以决定其何时进入低频模式，何时进入睡眠模式等；对于外部设备，可以决定哪些设备在闲置时选择立刻关闭、延时关闭或者发生其他情况时才关闭。低功耗设计技术在硬件允许的前提下，可以使用软件手段来控制设备的低功耗。只有在低功耗的系统与应用程序同时支持的情况下，软件低功耗技术才能达到预期的效果。软件低功耗技术第一章节

电源管理本章节回顾电源管理基本概念电源管理基本概念电源管理与低功耗物联网中得电源管理低功耗技术硬件低功耗技术软件低功耗技术第一章节

电源管理第二章节

任务设计与实现01CC2530电源管理02CC2530的四种模式03CC2530电源管理寄存器知识点01CC2530电源管理第二章节

任务设计与实现CC2530电源管理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第二章节

任务设计与实现知识点02CC2530电源管理的四种模式第二章节

任务设计与实现CC2530的四种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。当进入PM1模式，就运行一个掉电序列PM2稳压器的数字内核关闭。32MHzXOSC和16MHzRCOSC都不运行。32kHzRCOSC或32kHzXOSC运行。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。PM3稳压器的数字内核关闭。所有的振荡器都不运行。PM3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。第二章节

任务设计与实现知识点03CC2530电源管理寄存器第二章节

任务设计与实现CC2530电源管理寄存器供电模式控寄存器（PCON）位名称复位R/W描述7:1-0000

000R/W未使用。总是写作

0000000。0IDLE0R0/WH0供电模式控制。写

1

到该位强制设备进入

SLEEP.MODE（注意

MODE=0x00且

IDLE=

1将停止

CPU

内核活动）

设置的供电模式，这位读出来一直是

0。当活动时，所有的使能中断将清除这个位，设备将重新

进入主动模式。第二章节

任务设计与实现CC2530电源管理寄存器睡眠模式控制寄存（SLEEPCMD）位名称复位R/W描述7OSC32K_CALDIS0R/W禁用32kHzRC振荡器校准0：使能32kHzRC振荡器校准1：禁用32kHzRC振荡器校准这个设置可以在任何时间写入，但是在芯片运行在16MHz高频RC振

荡器之前不起作用。6:3-000

0R0保留2-1R/W保留。总是写作11:0MODE[1:0]00R/W供电模式设置00

：主动/空闲模式01

：供电模式

110

：供电模式

211

：供电模式

3第二章节

任务设计与实现CC2530电源管理寄存器睡眠模式控制状态寄存器（SLEEPSTA）位名称复位R/W描述7OSC32K_CALDIS0R32kHzRC振荡器校准状态SLEEPSTA.OSC32K_CALDIS显示禁用

32kHzRC校

准的当前状态。在芯片运行在

32kHzRC振荡器之前

，

该位设置的值不等于SLEEPCMD.OSC32K_CALDIS。

这一设置可以在任何时间写入，但是在芯片运行在

16MHz

高频

RC振荡器之前不起作用。6:5-00R保留4:3RST[1:0]XXR状态