RL78 微控制器時實現低功耗的應用示例

本白皮書介紹了在使用 RL78 微控制器時實現低功耗的應用示例。本文簡要概述了微控制器的低功耗特性，并附有一些典型應用示例，這些示例將特別關注 RL78 的高能效運行模式、低功耗模式的使用、低速時鐘以及一些技術可用于各種設計。

介紹

在過去幾年中，對低功耗操作的需求急劇增長。在對提高移動性、便攜性、更小尺寸和新功能的渴望的推動下，消費、家庭、工業、辦公和醫療市場中的許多電子產品都采用基于電池的低功耗設計來滿足全系列的低功耗要求新出現的功率受限應用。

RL78 低功耗特性

瑞薩 RL78 系列 MCU 具有卓越的低功耗特性和特性，使設計人員能夠實現高 MCU 處理性能，以及在待機操作模式下的低功耗，以降低平均工作電流并最大限度地延長電池壽命。

應用實例

本應用筆記的其余部分分為幾個基于電池的示例設計，重點介紹了 RL78 MCU 系列的特定低功耗特性。每個設計都包括應用示例的簡短概述、低功耗/電池壽命要求、低功耗設計技術和/或選項，以及使用選定 RL78 功能的示例實現、由此產生的電流要求、由此產生的電池壽命計算，以及在可能的情況下，簡單的競爭比較。

電表

現代電表正從簡單的手動讀取機械電表發展為更先進的智能電網電表，這些電表提供靈活的監控、通信，甚至從中央系統進行控制。這些高級功能必須在使用盡可能少的功率的情況下實現。在大多數情況下，即使儀表未連接到電源，也需要電池供電來保持實時時鐘運行。

電表設計的主要低功耗要求可以按兩種主要工作模式進行分組。當電源不可用時，儀表會使用電池供電（電池模式）。它仍然必須準確地跟蹤時間和日期，以便基于時間的功能（如可調速率、自動更新和與遠程數據收集的定期通信）正常運行。還需要與公用事業公司進行定期的服務質量通信，報告電源狀態（開、關、中斷、電池電量低），但速度會大大降低以節省電力。電壓檢測用于識別電源何時恢復并監控電池電量水平。

示例智能電表設計

在此示例中，智能電表設計將側重于電池操作模式。示例設計的框圖如圖 1 所示。

RL78/G13 處理器、存儲器和外圍設備集成了電表的大部分功能。設計中使用的關鍵外設是用于測量電傳感器輸出的模數轉換器 (ADC)、用于與無線收發器通信并在 LCD 顯示屏上顯示結果的 SPI 端口、實時時鐘 ( RTC) 用于準確跟蹤每次測量的時間，而低電壓檢測器 (LVD) 用于監控電池電壓。

功能描述 – 電池工作模式

為了估算示例設計的功耗和電池壽命，確定 MCU 需要執行的主要功能非常重要。一些外設，如 RTC 和 LVD，需要一直運行，而其他外設，如 ADC 或 SPI 端口，將只在一小部分時間內運行。本示例設計中的關鍵功能描述如下。

電池監視器

功率監視器

發送更新

接收更新

實現選項和低功耗設計技術

在為基于低功耗 MCU 的系統設計程序時，通常有幾種可能的實現選項。一種常見的編程選項是將系統置于低功耗模式并以固定時間間隔喚醒系統 - 定期喚醒。

在我們的示例設計中使用周期性喚醒方法，我們將每秒喚醒一次 CPU，然后執行發送更新功能（每 10 分鐘間隔）、電源監視器（每 1 分鐘間隔）或電池監視器（每 1 秒間隔）。請注意，所有三個函數都以每 10 分鐘的間隔執行一次。接收更新功能是周期性操作規則的例外，因為它與 MCU 的時基異步（在中央控制請求時執行）。在電池運行模式下，接收更新函數大約每小時從中央控制發送一次，因此對于我們的功率計算，可以將其視為間隔 1 小時的常規函數??。

競爭比較

總平均電流的設計主要組成部分是 RUN 模式電流消耗和 STOP 模式電流消耗。通過查看其他制造商設備在這些模式下的電流消耗，我們可以了解 RL78/G13 的比較情況。

遙控

遙控器設計的低功耗要求都與電池壽命有關。應用程序在活動模式下花費的時間和在低功耗模式下花費的時間以及相應的電流消耗將決定電池壽命。在低功耗模式下，設備等待來自 RTC（更新顯示屏上的時間）來自鍵盤（響應按下的按鈕）或來自低電池電量指示的中斷。

遠程控制設計示例

遙控器將使用 RL78/G14 設備作為主控制器，并帶有外部面向段的顯示器、鍵盤和射頻收發器。示例設計的框圖如圖 2 所示。

在此示例設計中，我們將查看兩種不同的軟件實現，以了解哪種方法可延長電池壽命。在一種實現中，CPU 將喚醒到低頻操作狀態，而在另一種實現中，CPU 將喚醒到全速模式。我們將確定在哪個點上電流消耗較高，但較快處理模式的活動時間減少會導致平均電流低于較慢但使用較低工作頻率的電流消耗較少的點。

示例火警設計

在本示例設計中，RL78/G13 MCU 將控制警報的所有功能。該設計的框圖如圖 3 所示。

RL78/G13 處理器、內存和外圍設備集成了大部分報警功能。設計中使用的關鍵外設是用于測量環境傳感器輸出的模數轉換器 (ADC)、用于與系統復位通信的 UART 端口、實時時鐘 (RTC)用于準確跟蹤時間和用于監控電池電壓的低電壓檢測器 (LVD)。

編輯：hfy