低功耗总结（IOT）

本文主要讲低功耗的调试思路，而不涉及具体代码

一、开发环境

  硬件环境：STM32、STM8、CC2541

  软件环境：蓝牙协议栈4.0

二、概述

随着物联网的兴起，低功耗越来越让人们看重，接下来讲一下低功耗的本质。

  低功耗实质上就是让产品间歇性工作，比如说一个温度检测的产品，在正常使用中，我们并不需要知道每时每刻的

温度，大多数时候我们想要知道的只是某个时间段里的平均值，那么这个时候我们就可以设置成每5S采集一次温度值，

每分钟通过蓝牙向APP发送一次数据。那么在这一分钟内，MCU的工时常不会超过2S，蓝牙的工作时常也不会超过2S，

这样整个系统的工作时常就变为原来的1/30，功耗自然也就降下来了。（当然会有更合理的分配方式，你可以根据具体

的项目需求去做调节）

三、调试

 低功耗的调试一般分为以下几个步骤：

1、休眠模式的设置；

2、I/O口状态的配置；

3、硬件电路的调试；

4、各个功能之间的工作间隙。

现在从上面四个方面进行深入的分析：

1、休眠模式

  现在越来越多的芯片具有休眠模式，主要也是针对低功耗这一要求而设计的，比如STM32、STM8、MSP430、

还有一些蓝牙芯片等。

以STM32为例，可以分为三个模式，（1）正常工作模式；（2）休眠模式，可通过RTC定时器或外部中断唤醒；

（3）深度睡眠模式，可通过外部中断或者复位唤醒。

电流的大小：I1 > I2 > I3

不同芯片的电流值不同，一般休眠模式的电流可以达到10μA以下，而深度睡眠可达到2μA以下，甚至接近0μA

休眠模式与断电是有本质区别的。比如说，我们将某个引脚设置为输出高电频，当我们断电的时候，它自然而然就

会变为低电平了，但如果是进入休眠模式的话，它依然会保持高电平。就跟人睡觉一样，你睡觉前，房间的布置是怎么

样的，第二天醒来，房间的布置还是和原来一样的。所以说，并不是进入了休眠模式，功耗就一定会降低，这也是我们

经常会犯的一个错误。

实际上，我们要做的是将板子上每条可控的线路的电流调到最低值，我们要做的有这几个方面：（1）将MCU的主

时钟降到最低；（2）将没用的外设全部关闭，需要用到时再开启，例如外挂芯片、ADC或者DMA等；（3）I/O口状态

的配置。

2、I/O口状态的配置

在很多文章中都有提到“休眠模式下，I/O口应该设置为低电平输出”。但在实践的过程中，发现其实这句话只讲对

了一半，正确的做法应该是，板子上没有走线的引脚，设置为低电平输出；有走线的引脚，要根据具体的电路去设置。例

如下图显示，我们先忽略元器件A那边的状态，假设我们将P1.0设置为输出低电平，那么分析电路图，我们可以很快的知

道，此时这一线路上的电流为I = VCC/R；如果将P1.0设置为输出高电平，那么产生的电流可以说几乎为0。

再者，大多数外围元器件的片选脚都为低电平触发，倘若设置为输出低的话，那么无疑会增加几个mA的电流。

对于有走线的I/O口，一般分成以下几种情况，（1）LED灯要低电平触发的，则设置为高电平；（2）对于原本为

输入的引脚，可以设置为高阻态或者浮空状态（GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW/GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT）；（3）输出引脚，则根据

具体电路，去设置输出高或者低，也可设置为浮空。

3、硬件电路的调试

如果经过以上两步，电流还没有达到理想的状态，那么可以对硬件电路进行适当的调试。

比如一些基本的元器件是不是选用了低功耗的，或者说某些电容值、电阻值是不是偏小了。对于低功耗的产品，在

电路设计阶段，需要特别的考究，很多元器件的型号很多，类别也很多，很多低功耗的元器件都可以做到电流低于1μA

4、各个功能之间的工作间隙

这一步是针对正常工作模式下降低电流的，把每个功能岔开时间去工作，这样子同一时间内的电流就不会是叠加状态

了。比如，功能1为采集温度数据，功能2为采集ADC数据。如果功能1和2同时工作，那么电流则为I = I1+I2，功耗

W = I * T；如果为间隔工作，那么假设电流为I1=I2=I/2，功耗则为W = I1 *T/2 + I2*T/2 = I*T/2，功耗为原来的一半。

假设原本的工作电流为15mA，且为持续工作，则1分钟内的功耗为W = 900mAs。如果改为休眠模式，假设休眠电流

为0.5mA，休眠时间为5S（每5S工作一次），则功耗为W = 180 + 24 = 204 mAs，功耗为原来的22%

四、蓝牙低功耗

由于蓝牙的特殊性，这里单独一节进行讲解。

CC2541也是分为三种模式，我们这里讲它的休眠模式，由于是基于协议栈的，所以它的休眠模式相对简单，只要在预处

理的时候，增加power_saving定义就可以了，但很多时候我们会发现，即便定义了power_saving，功耗依然很大，难道是没

有配置成功吗？要解释这个问题，必须要理解清楚CC2541休眠模式的原理。它的休眠时间是由协议栈自己去设置的，由这个

函数osal_pwrmgr_powerconserve可以知道，休眠时间取决于你的定时事件，如果你的下一个事件是500ms之后执行，那么

休眠时间就是500ms；那么如果说一个定时100ms的任务，那么休眠时间则为100ms，那当我们去测量电流的时候，我们几乎

是测不出它的休眠电流的。

除了设置休眠模式外，还要去关闭一些没必要的定时任务，或者适当的延长定时时间，也可以将这些任务改为中断触发的

方式去运行。

 

以上就是全文，如有不对的地方，麻烦请指正。