經(jīng)過了多年的低功耗硬件設計(公司硬件設計和軟件設計是分開的，我一直是做硬件，在面對低功耗生產(chǎn)事故中做硬件的往往很苦逼)，其中容易出的一個問題是單片機進睡眠模式前IO沒配好，產(chǎn)品上主要出的問題是這些出問題的IO比較隱蔽，當時經(jīng)過多次測試也沒測試出來，后來在生產(chǎn)或現(xiàn)場才發(fā)現(xiàn)的概率性功耗偏大的問題。

站在硬件的角度，最近才意識到原來軟件上一直容易犯的一個毛病是進睡眠前沒有把所有IO重新配置一遍，這樣容易導致IO低功耗的BUG出現(xiàn)。

這個心得總結起來是：要求在進睡眠模式前把所用的單片機的所有的IO從代碼上1個IO接1個IO的配置一遍。不要偷懶，不要多個IO一起配置。

分析：

外設時鐘

外設的時鐘沒關，單片機內(nèi)部模塊沒關等，部分單片機進睡眠后自動會關閉，部分不會自動關閉的，沒關的話當場測試功耗就偏高，會馬上發(fā)現(xiàn)的。所以這些在實際生產(chǎn)中都沒出過問題。

IO配置

1個IO接1個IO配置，不要多個IO用類似BIT1|BIT2……，|=0xxx這類一起配置。因為代碼上越是直觀，出現(xiàn)筆誤的概率越低。而且我們核對IO的時候都是一個IO一個IO的去核對配置對不對。所以代碼上依次寫一下其實花了不了多少時間和代碼空間的?；▊€5到30分鐘撐死，但是后續(xù)節(jié)省的時間和金錢就不好說了。人的總是有惰性的，我自己寫代碼的時候之前進低功耗前也只是配置了一部分，現(xiàn)在慢慢開始習慣全部配置，很多配置可以復制之前的IO初始化(這個已經(jīng)養(yǎng)成了1個IO，1個IO的配置，改起來其實很舒服的)。

案例分析

實際出現(xiàn)的最麻煩，最隱蔽的情況往往跟IO的配置有關，越簡單的往往越容易出問題。

1、比如大多數(shù)情況下程序從A子程序進入睡眠后IO配置沒問題，經(jīng)過大量測試也沒發(fā)現(xiàn)問題。但是當某次執(zhí)行了B后再進睡眠，B中對IO進行了操作，再進睡眠沒有把IO改回來，這時問題就可能出現(xiàn)了。而要是執(zhí)行C,D……等程序再睡眠都不會出IO的隱患。

案例：產(chǎn)品在客戶那里發(fā)現(xiàn)有50%左右放了一段時間后電池耗光。研發(fā)百思不得其姐，多次查看代碼沒發(fā)現(xiàn)問題，之前也沒出現(xiàn)死機的問題(死機后會導致不能進低功耗，功耗超高)。派人去現(xiàn)場測試，進過大量測試后發(fā)現(xiàn)一個IO部分產(chǎn)品輸出高。導致電流多了1mA左右。原因是客戶上電做了秒脈沖輸出，下電后產(chǎn)品就用電池供電了?？蛻粝码娗皼]有配置關閉秒脈沖輸出，程序下電后也沒有把IO配置回來，導致有50%的概率IO輸出高電平。

2、一個產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)了幾萬臺，一直沒發(fā)現(xiàn)問題。后來換了一家PCB廠家后，生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)功耗個別產(chǎn)品偏高個10uA左右，研發(fā)拿回來分析，發(fā)現(xiàn)換了芯片就好了。但是生產(chǎn)出現(xiàn)百分之幾的功耗不好的情況，芯片不可能出現(xiàn)這么大概率的損壞。430芯片，走正規(guī)供應商的。再一個IO一個IO的查找，通過手摸IO最終發(fā)現(xiàn)一個連光耦輸入端的IO配置的是輸入模式。換了芯片好了是因為焊接過，板子變臟，電阻變小，IO有一個比較固定的偏向與GND的電壓，因而沒問題。之前沒問題可能是板子的阻值比現(xiàn)在的這家小了點，或當時生產(chǎn)的時候濕度大點，或光耦的反向漏電流大些，也是各種可能了。軟件發(fā)現(xiàn)這個IO本來是配置沒問題的，中間不知道哪里配置過或配置別的IO時不小心連這個IO也配置了?？傊敃r沒搜到這個IO的配置哪里改動了，只是在進低功耗前重新配置了下這個IO。

3、產(chǎn)品上使用的一個外購低功耗RF模塊的IO問題。使用CC1101和430F2132。都算低功耗的芯片吧。前后找了2家開發(fā)模塊，第一家2132一個IO沒配置好，生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品功耗偏高。后來是因為領導的原因換了家做無線的廠家來做這個，還是CC1101+2132方案。照理來說之前犯過錯誤應該吸取經(jīng)驗教訓了吧。并且軟件人員也是老手了。結果生產(chǎn)是沒問題，發(fā)貨到客戶那里還是發(fā)現(xiàn)了個別產(chǎn)品出問題，最后還是發(fā)現(xiàn)一個IO沒配置好狀態(tài)。

4、以上心得很簡單，但是是付出多次時間+金錢得出的慘痛心得。而且這些都是軟件的問題，但是功耗問題往往第一個找個是硬件：你設計的產(chǎn)品功耗偏高，電池沒電，你查查看，哪里出問題了。做硬件的又開不到代碼，軟件人員往往開始還不承認IO配置上有問題，尤其是之前找外面廠家開發(fā)的模塊，他們的意思是，我做軟件xx年了。開發(fā)了這么多產(chǎn)品，這么簡單的一個產(chǎn)品怎么會出問題，是你們自己的產(chǎn)品沒做好才出的問題。苦逼的硬件工程師沒辦法，只能自己想各種辦法找到出問題的那個IO。軟件人員經(jīng)過改代碼對比測試才完成，但是軟件最后還是不會說自己的代碼有問題。

5、關于IO的問題。430單片機IO設置是最弱的，大部分沒有上下拉電阻，默認是輸入狀態(tài)，沒配置IO就容易出功耗問題，ST的相對好的多，51的IO默認的51狀態(tài)有上拉電阻，沒用到的腳不去配置也不會出問題?？盏腎O我之前喜歡配置成輸出0狀態(tài)，最近在用STM8S看了下代碼發(fā)現(xiàn)喜歡配置成上拉輸入狀態(tài)，STM8S沒下拉電阻，STM32有，配置成下拉輸入狀態(tài)更好些，不小心碰到不會對外輸出電流。

題外話：關于單片機的低功耗模式之前沒深入了解STM32，最近才發(fā)現(xiàn)進最低功耗的STANDBAY模式RAM中數(shù)據(jù)對丟失，這點不如8位機，之前用STC的51和STM8系列從不擔心ram數(shù)據(jù)丟失的問題?？碨TM32L系列進最低功耗也有這個問題，只是可以掉電保的RAM區(qū)域分的更多，更大。

原文標題：十年硬件老司機，結合實際案例，帶你探索單片機低功耗設計!

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審核編輯：湯梓紅