AVR-Tutorial: Power Management
ACHTUNG! Dieser Artikel befindet sich noch im Aufbau!
Vorallem in batteriebetriebenen Systemen spielt die Leistungsaufnahme eine wichtige Rolle, d.h. sie soll so niedrig wie möglich gehalten werden um eine lange Laufzeit zu erreichen. Den sparsamen Umgang mit der verfügbaren el. Ladung nennt man Power Management (engl. Energiesparen).
Im Rahmen des Power Managements stehen uns beispielsweise die sogenannten Sleep-Modi zur Verfügung, mit denen wir bestimmte Module zeitweise deaktivieren können. Andere garnicht genutzte Module können wir durch entsprechende Konfiguration (z.B. in den Fuses) auch komplett deaktivieren.
Theorie
Sleep Modi
Welche Sleep-Modi es gibt, hängt vom verwendeten µC ab, dieser Artikel nimmt jedoch Bezug auf den ATmega32. Um einen der verfügbaren Sleep-Modi des ATmega32 zu betreten müssen folgende Schritte ausgeführt werden
- Das SE-Bit im MCUCR-Register wird auf 1 gesetzt
- Die SMx-Bits im MCUCR-Register je nach gewünschtem Modus setzen
- Der SLEEP-Befehl wird ausgeführt
Der Mikrocontroller geht dann sofort in den SLEEP-Modus, d.h. noch vor eventuell anstehenden Interrupts, und wacht erst wieder auf wenn ein Signal eines geeigneten Moduls (je nach Modus) ihn aufweckt.
Die Arbeit wird dann mit der ersten Anweisung hinter dem SLEEP-Befehl wieder aufgenommen.
| Bit | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bezeichnung | SE | SM2 | SM1 | SM0 | ISC11 | ISC10 | ISC01 | ISC00 |
Bit 7 - SE: Sleep Enable
Mit diesem Bit wird bestimmt ob der Sleep-Befehl ausgeführt wird (1) oder nicht (0).
Bit 6..4 - SM2..0: Sleep Mode Select
Mit diesen drei Bits wird der gewünschte Sleep-Modi gewählt
| SM2 | SM1 | SM0 | Sleep Modus |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | Idle |
| 0 | 0 | 1 | ADC Noise Reduction |
| 0 | 1 | 0 | Power-down |
| 0 | 1 | 1 | Power-save |
| 1 | 0 | 0 | Reserved |
| 1 | 0 | 1 | Reserved |
| 1 | 1 | 0 | Standby(1) |
| 1 | 1 | 1 | Extended Standby(1) |
(1) Nur verfügbar mit externem Taktgeber
Übersicht
| Aktive Takte | Aktive Oszillatoren | Weckquellen | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sleep Modus | clkCPU | clkFLASH | clkIO | clkADC | clkASY | Haupttaktgeber | Timer Oszillator | INT2 INT1 INT0 |
TWI Address Match | Timer2 | SPM/EEPROM Ready | ADC | Andere I/O |
| Idle | x | x | x | x | x(2) | x | x | x | x | x | x | ||
| ADC Noise Reduction | x | x | x | x(2) | x(3) | x | x | x | x | ||||
| Power-down | x(3) | x | |||||||||||
| Power-save | x(2) | x(2) | x(3) | x | x(2) | ||||||||
| Standby(1) | x | x(3) | x | ||||||||||
| Extended Standby(1) | x(2) | x | x(2) | x(3) | x | x(2) | |||||||
Idle Mode
Der Idle-Modus ermöglicht es dem Mikrocontroller, von internen sowie externen Interrupts aufgeweckt zu werden.
Falls der Analog Comparator nicht gebraucht wird, empfiehlt es sich, den Stromverbrauch im Idle-Modus zu reduzieren, indem dieser abgeschaltet wird. Das geschieht, indem das ACD-Bit (Analog Comparator Disable) im ACSR (Analog Comparator Status Register) gesetzt wird.
Was wird gestoppt
- clk(CPU)
- clk(FLASH)
Was kann aufwecken?
- SPI
- UART
- Analog Comparator
- ADC
- Two-Wire Serial Interface (TWI)
- Timer/Counters
- Watchdog
- Brown-Out Reset
- Interrupts
ADC Noise Reduction Mode
In diesem Modus sind mit dem ADC Messungen höherer Auflösung möglich. Wenn der ADC aktiviert ist dann startet er automatisch beim betreten dieses Modus.
Was wird gestoppt
- clk(I/O)
- clk(CPU)
- clk(FLASH)
Was kann aufwecken?
- ADC
- External Level Interrupts (INT0 / INT1)
- External Interrupt (INT2)
- Two-Wire Serial Interface (TWI) Address Match
- Timer/Counter2
- Watchdog
- Brown-Out Reset
- SPM/EERPOM Interrupt
Power-down Mode
In diesem Modus wird der externe Oszillator gestoppt, es sind somit nur noch asynchrone Module aktiv.
Was wird gestoppt
- clk(ALL)
Was kann aufwecken?
- External Level Interrupts (INT0 / INT1)
- External Interrupt (INT2)
- Two-Wire Serial Interface (TWI) Address Match
- External Reset
- Watchdog Reset
- Brown-Out Reset
Power-save Mode
Identisch mir Power-down Mode mit einer Ausnahme:
Wenn der Timer/Counter2 asynchron getaktet wird (AS2-Bit in ASSR-Register gesetzt), läuft dieser auch im Power-Down Mode.
Falls dies nicht der Fall ist, d.h. Timer/Counter2 synchron läuft, wird von ATMEL der Power-Down Modus empfohlen.
Was wird gestoppt
- clk(ALL) mit Ausnahme von clk(ASY)
Was kann aufwecken?
- Timer/Counter2 Interrupt
- siehe Power-Down Modus
Standby Mode
Hinweis: Nur mit externem Oszillator möglich!
Identisch mir Power-down Mode, der Oszillator läuft jedoch weiter.
Extended Standby Mode
Hinweis: Nur mit externem Oszillator möglich!
Identisch mir Power-save Mode, der Oszillator läuft jedoch wie beim Standby Mode weiter.
Manuelles Deaktivieren
Einzelne Module können auch manuell deaktviert werden um Strom zu sparen.
Analog Comparator
todo...
Brown-Out Detector
Der Brown-Out Detector lässt sich durch das BODEN-Bit in den Fuses generell aktivieren oder deaktivieren.
Watchdog
Auch der Watchdog-Timer lässt sich in den Fuses standardmäßig aktivieren/deaktiviren, hier über das WDTON-Bit.
Aber auch sofwareseitig ist das möglich [1]
Praxis
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Quellen