2.7 低功耗工作方式

2.7.1 低功耗工作方式

在很多情况下，单片机要工作在供电困难的场合，如野外、井下、空中等，对于便携式仪器要求用电池供电，这时都希望单片机应用系统运行时功耗低。

89C51属于CHMOS的单片机，运行时耗电少，并且还提供两种低功耗方式，即空闲（等待、待机）方式和掉电（停机）保护方式，以进一步降低功耗。在VCC=5 V，fosc=12 MHz条件下，正常工作电流约20 mA；空闲方式时电流约5 mA；掉电保护方式时电流仅75 μA。

空闲方式和掉电保护方式的内部控制电路如图2-20所示。

由图2-20可见，若IDL=0，则进入空闲方式。在空闲方式下，振荡器继续运行，由于IDL封锁了去CPU的“与”门，送往CPU的时钟信号被封锁，故CPU停止工作，但中断控制电路、定时/计数器和串行口等环节仍在时钟控制下正常运行。在空闲方式期间， CPU现场（堆栈指针SP、程序计数器PC、程序状态字PSW、累加器ACC），内部RAM和其他特殊功能寄存器的内容维持不变，引脚保持进入空闲方式时的状态，ALE和PSEN保持高电平。

若PD=0，则进入掉电保护方式。在掉电保护方式下，由于PD封锁了振荡器，片内振荡器停止工作，单片机内部所有的功能部件也都停止工作。在掉电保护方式期间，内部RAM和特殊功能寄存器的内容维持不变，而 I/O端口的状态都保存在对应的 SFR中， ALE和PSEN均为低电平。

2.7.2 低功耗工作方式的进入与退出

低功耗工作方式不是自动产生的，而是通过软件来设定。其控制由电源控制寄存器PCON确定，PCON寄存器的各位定义如下。

其中，SMOD是波特率倍增位，在串行通信中使用。

GF1、GF0：通用标志位，由软件置位、复位。

PD：掉电方式控制位。PD=1，进入掉电保护方式。

IDL：空闲方式控制位。IDL=1，进入空闲方式。

PCON字节地址87H，不能位寻址。读取时，只能整字节操作，不能按位操作。

1.空闲（等待、待机）方式

空闲（等待、待机）方式是指CPU在不需要执行程序时停止工作，以取代不停的执行空操作或原地踏步等操作，达到减小功耗的目的。

当CPU执行一条置PCON.0（IDL）为1的指令后，系统即进入空闲方式。置IDL为1的指令是CPU进入空闲方式前执行的最后一条指令。

单片机退出空闲方式有如下两种方法。

第一种是中断退出。由于在空闲方式下，中断系统还在工作，所以任何中断的响应都可以使IDL位由硬件清零，从而退出空闲方式。CPU则进入中断服务程序。

第二种是硬件复位退出。复位时，各个专用寄存器都恢复默认状态，电源控制寄存器PCON也不例外，复位使IDL位清零，从而退出空闲方式。CPU则从进入空闲方式的下一条指令开始重新执行程序。

2.掉电（停待）保护方式

一般情况下，可在检测到电源发生故障，但尚能保持正常工作时，将需要保存的数据存入片内RAM，然后使系统进入掉电保护状态。

当CPU执行一条置PCON.1（PD）为1的指令后，系统即进入掉电保护方式。同样置PD为1的指令是CPU进入掉电保护方式前执行的最后一条指令。

退出掉电保护方式的唯一方法是硬件复位，复位后片内RAM区的数据不变，所有特殊功能寄存器的内容按复位状态初始化。

在掉电保护方式下，VCC可以降到2 V，但不能真正掉电，为防止真正掉电，可以在VCC引脚加备用电源。

注意，只有当VCC恢复到正常的工作电压值，并维持一段时间（约10ms），使振荡器重新启动并稳定后方可退出掉电保护方式。

在设计低功耗应用系统时，外围扩展电路也应选择低功耗器件，这样才能达到低功耗的目的。