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(多图) 基于MC9S08QG4的烟雾传感器应用设计

来源:師英 飞思卡尔半导体公司8/16位应用工程師  来源:中国电子器材有限总公司提供?? 2007年11月01日 ?? 收藏0


  重启后,操作的正常模式是运行模式,并且在此模式中CPU被激活并且外围设备可使用。通过执行一个等待命令,MCU进入等待模式。在等待模式中所需功率减小,因为CPU没有计时。为了进一步减少功率消耗,可以使用停止模式。当执行停止命令时,就输入三个停止模式中的一个。停止1、停止2和停止3,每一种都具有不同级别的操作可减少功率的损耗。表1A描述了停止模式的行为。一般来说,停止模式的电源供应(3V供应)如下:
  ·停止1模式供应电流, 475 nA
  ·停止2模式供应电流, 600 nA
  ·停止3模式供应电流, 750 nA
  ·RTI加法器在停止1、停止2或停止3模式下,300 nA
  ·LVI加法器在停止3模式下 (LVDE = LVDSE = 1),70 uA
  ·振荡器加法器在停止3模式下,5 uA

表1A停止模式行为


  *ATD停止模式或功率的减少都根据ATDPU的状态决定
  **晶体振荡器可配置运行停止3。请见ICG注册器。

  表1B描述了如何通过配置不同注册器的字节以及每个停止模式的结束条件来选择停止模式。

表1B停止模式的选择和退出条件


  当使用停止2时要考虑以下几个因素来确保正确操

作。
  IRQ PIN中断请求脚必须激活或从外部拉起
  LVD低压差动传输模式必须在停止模式中禁用(LVDSE = 0)
  如果使用RTI,只有内部时钟源在停止2模式下生效。
  OSCSTEN字节在停止2模式中无效,此时钟参考将总是消耗电源
  只有RAM保持功率,所有其它的I/O注册器将在唤醒状态下重新设置
  在I/O 针脚从停止2模式进入状态被修改前,PPDF标记必须被清除。

  从停止模式恢复需要时间。在3V电压时,停止1和停止2的停止恢复时间大约为50 us,停止3的恢复时间根据时钟定义的不同而变化。如果使用内部参考时钟,启动时间大约为100 us,而如果使用外部 32KHz水晶,如果振荡器在停止模式下激活(设置为OSCSTEN),则是2·4ms。如果振荡器在停止模式下禁用(OSCSTEN被清除),则是180 ms到300 ms。

  不幸的是,虽然使用停止模式可以大量节约功率,但是许多烟雾探测器的设计师都不能接受停止模式,因为它需要一直保持MCU工作,以从总线获得响应。从停止模式恢复的时间使其很困难或甚至不可能。

  低功耗设计的ICS网络联机共享配置和操作模式

  ·建议使用ICS配置和操作模式由一般总线调时确定,至少需要100KHZ总线频率。

  根据不同的ICS配置,QG4有六种操作模式:FEI、FEE、FBI、FBILP、FBE和FBELP。因为FBE模式有最低的功耗和最准确的时钟,所以建议用于烟雾探测器的应用。遗憾的是,由于生产商使用不同的总线计时,所以有时可能无效。例如:有些总线计时需要1MHz的总线频率,QG4需要一个外部2MHz晶体振荡器用于FBE模式,许多客户不愿意支持额外的2个MHz晶体振荡器成本,有些总线需要很低的总线频率(如16Hz),然后可以选择FBI模式。

  QG4的内部32KHz时钟具有典型的的0·2%的准确性和在整个操作温度范围有2%的误差。

  非常普遍而且低成本、低功率的配置是使用一个455KHz震荡电路,用于FBELP模式。总线频率是227·5KHz(可以分开为113·75KHz)。如果供应电压是3V,227·5KHz频率下的(BDIV = 0)的QG4的电流供应就是240μA,而113·75 KHz(BDIV=1)的电流供应是200 μA,28·4 KHz(BDIV=4)的电流供应是170UA。

  表2显示所有适合烟雾探测器应用的操作模式,考虑到功率损耗和成本问题。而且考虑以下因素用于计算不同模式的总线频率。

  ·FEI:Fbus= Firc * 512 / (2 * 总线分配器)
  ·FBI:Fbus = Firc / (2 *总线分配器)
  ·FBE:Fbus = Ferc / (2 *总线分配器)

表2烟雾探测器所建议使用的操作模式


  ·与外部455KHz震荡电路共同使用

  当MCU与外部455KHz振荡电路共同使用,获得功率损耗、系统成本、时钟准确度和总线频率的最佳平衡时,必须考虑振荡电路组件的选择以使其可靠。

  图4显示典型的455KHz振荡器电路。
  C1,C2是指生产商的建议值,通常80到100 pF

图4455KHz的振荡器电路


  在QG4的数据表上,规定了两种特点,低范围是32到38·4KHz,高范围超过1MHz。但是QG4可以与455KHz震荡电路共同使用;虽然在电路特点中没有具体说明。通过此配置, ICSC2 注册器5位的范围应该设置为ICS的高范围模式。

  ·高电流应该于POR

  G4进行重新设置时的电源,ICS的默认模式总是FEI,在此模式中总线频率是4Hz,大约从电源消耗2mA的电流,不适用于烟雾探测器应用。建议在POR之后立即设置ICS到FBI模式。虽然高电流状态一直存在于POR,但是用户可以通过此方法缩短几个说明周期的时间。在Tcsth之后,晶体振荡器启动时间(5 ms用于高范围,低的振荡器功率模式),用户可以将ICS转换到最终工作模式,对FBE进行正确操作。在Tcsth的过程中,用户可以完成对系统初始工作,这对计时并不重要。


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MC9S08QG4? 烟雾传感器? 微控制器? 火警安全系统?

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