本文主要介紹了atmega48單片機的特性，提出了其低功耗設計的一般方法，并以定時控制系統的設計為例，具體說明atmega48的低功耗設計方案。

隨著微電子技術和計算機技術的發展，尤其是微機在各個領域的普遍應用，功耗、成本、體積以及可靠性等指標均成為設計者所關注的重要問題。尤其是在由電池供電的設備中，如何降低設備功耗成為設計的首要任務。本文中以atmel公司的atmega48單片機為例，介紹了單片機低功耗設計的一般方法。

atmega48單片機低功耗系統設計首要是選擇合適的單片機。atmega48單片機是一款8位微控制器，具有高性能、低功耗的顯著特點。由于采用risc精簡指令集結構，其指令集大多為單周期指令，具有高速運行的特點。3v供電時，未使能內部看門狗的情況下，atmega48的典型掉電電流小于1ua。具體工作電流見圖1。而且該單片機在1.8v~5.5v的電壓范圍內均能正常工作，片內自帶4k字節的flash、256字節的e2prom,以及512字節sram;并內置6~8路10位ad轉換器、看門狗、3個16位的定時/計數器、具有獨立振蕩器的實時計數器rtc 和6路PWM輸出。另外還具有五種休眠模式，引腳變化及中斷可喚醒mcu。

圖1 工作電流與系統頻率的關系 圖2工作電流與供電電壓的關系(128k)

低功耗設計方法

以單片機為核心構成的系統，其系統的總能耗是由單片機能耗及其外圍電路能耗共同構成。為了降低整個系統的功耗，除了要降低單片機自身的運行功耗外，還要降低外圍電路的功耗。對外圍電路而言，首先選擇低電壓低功耗器件，如用lmv324代替傳統的lm324，sp3223eey代替max232等。其次，CMOS器件輸入引腳不能懸空。如果輸入引腳懸空，在輸入引腳上很容易積累電荷，產生較大的感應電動勢，使引腳電位處于0至1間的過渡區域。另外，單片機外圍電路應盡量避免采用阻性元件。

atmega48單片機的功耗主要與系統頻率，工作模式，電源電壓及外圍模塊有關。由圖1和圖2可知，atmega48單片機的工作電流與其工作頻率、工作電壓成正比。

降低系統時鐘頻率

功耗與工作頻率有關。工作頻率增加時，功耗也線性的增加。系統工作頻率的降低，電路的延時增加導致系統性能下降，因此在利用頻率降低系統功耗的時候，要在能耗和速度之間進行權衡。

atmega48的時鐘源可以選擇片內的rc振蕩器，也可以是來自外部時鐘。片內rc振蕩器提供了可校準的8m時鐘和128k低功率振蕩器。外部時鐘可以選用低功率晶體，滿振幅晶體和低頻晶振。通過編程flash 熔絲位，可以選擇所需的時鐘源。

atmega48可以通過設置時鐘預分頻寄存器clkpr來得到分頻的系統時鐘。當需要的系統處理能力比較低時可以利用這個特性來降低功耗。預分頻對所有時鐘源都適用，并且影響cpu 及所有同步外設的時鐘頻率。

單片機的時鐘系統主要包括：cpu時鐘，flash時鐘，i/o時鐘，異步定時器時鐘和adc時鐘。在大多數情況下，這些時鐘并不需要同時工作。時鐘功耗抑制寄存器prr 提供終止單獨外設時鐘的方法以降低功耗。通過設置功耗抑制寄存器prr，將不使用的外圍模塊關掉，以降低芯片功耗。例如，如果不使用adc模塊，可以向功耗抑制寄存器prr中的pradc位寫“1”，關閉芯片的adc模塊。同時，為了降低功耗，可以通過使用不同的休眠模式來禁止無需工作的模塊。