MC9S08QG8 的低功耗模式

xiel977

介绍
本文介绍如何在使用MC9S08QG8 单片机时达到低功耗。MC9S08QG8 属于低成本、高性能的HCS08 8 位新型单片机系列。MC9S08QG8 单片机增加了一些特别适合实现低功耗的功能。这些功能为用户提供了极大的灵活性，能为各种不同应用提供理想的运行状态。
系统时钟生成
系统时钟可以由外部（晶振、谐振器及方波）或内部时钟源生成。而且，可以用锁频环（FLL）将外部或内部时钟源提升到一个更高的频率。MC9S08QG8 可以使用低频（31.25 kHz–38.4 kHz）或高频（1 MHz–16 MHz）晶振以及谐振器。当系统启动时（从停止状态启动或复位），单片机会采用内部时钟源，从而缩短系统启动时间。根据应用的要求选择最佳的系统时钟生成方式，可以降低功耗。
怎样根据自己的需要选择停止模式
l 如果功耗最为重要，而且又不需要单片机自唤醒，停止1 是最合适的情形。只有复位或IRQ 的下降沿才能从该模式中唤醒单片机。l 如果要求有最低的功耗，同时又能保持RAM 内容和I/O 状态，则停止2 是最适合的。由于实时中断模块能在停止2 中运行，所以单片机不需要外部输入也可以唤醒。 l 如果用户需要能够轻松退出的停止模式，可以采用停止3。
怎样进入停止模式
要进入3 种停止模式的任何一种，都必须正确配置两个寄存器的三个位。在系统选项寄存器（SOPT） 中，停止模式允许位（STOPE）必须设置为1。该寄存器在复位后只能写入一次，因此必须注意在同一次写入中配置其它选项。如果STOPE 位清零，又开始执行STOP（停止）指令，这时STOP 指令将被当作非法操作码，单片机会强制复位。在系统电源管理状态和控制寄存器2（SPMSC2）中的两个位, 断电控制位（PDC）和部分断电控制位（PPDC），决定执行STOP（停止）指令时，进入3 种停止模式中的哪种模式。此外，为了能够进入停止2 或停止1 模式，SPMSC1 的LVDSE 位必须清零。如果这一位没有清零，那么唯一能够进入的停止模式只能是停止3。表 3-1 说明了影响停止状态选择和不同情况下状态选择的所有位. 执行了一条STOP指令之后进入选择了的状态. 停止1
当PDC 位设置为逻辑1，PPDC 位设置为逻辑0 时，执行STOP（停止）指令后进入停止1。停止1 模式通过关闭内部稳压器及由其供电的所有片上外围设备，得到最小的电流消耗。同时，I/O 管脚和所有内存也都关闭。由于单片机的绝大部分在停止1 期间都会断电，进入停止1 只需要最少的软件处理。主要的考虑是在SOPT 寄存器中允许STOP 指令，以及通过SPMSC2 寄存器的PDC 位选择停止1。此时不需要配置各个外围设备，因为进入停止1 后它们都会自动断电。既然I/Q 管脚处于复位状态，那么所有I/O 管脚都将回复为默认的输入状态并断开内部上拉。如果在停止模式中开启外部振荡器（ICG 控制寄存器1 的OSCSTEN 位），那么进入停止1 后，该位的值将被忽略，时钟电源将被关闭。 如果在停止模式中启用LVD 模块，停止1 就不能采用。LVD 开启后，进入停止1，会导致单片机进入停止3 模式。复位和IRQ 管脚将自动配置为停止1 的唤醒管脚。不需要软件或外部上拉。从停止1 唤醒后，单片机的启动与上电复位类似。由于所有寄存器回复为上电复位状态，并且RAM 的电源也曾关断，所以没有能指示单片机是从停止1 模式唤醒的机制。 由于上电复位会令内部4-MHz 时钟驱动系统总线时钟，因此“停止恢复”过程相当快，从而在进入正常程序流之前，能快速执行代码以完成寄存器恢复。最长延迟是内部稳压器从关闭到开启，然后稳定所需的时间。
停止2
当PDC 位和PPDC 位都设置为逻辑1 时，执行STOP（停止）指令会进入停止2。停止2 的电流消耗高于停止1，但低于停止3。RAM 继续保持供电，保持它的值和I/O 管脚都锁存当前的状态。
l 采用停止2 模式时，需注意以下几点以确保正常操作：l 必须打开IRQ 脚或将其外部上拉。l 停止时LVD 必须关闭（LVDSE = 0）。l 如果在停止2 中采用实时中断，只有内部时钟源工作。l OSCSTEN 位在停止2 中没有作用。此时钟源总是电源关闭。l 只有RAM 保持供电，其它所有I/O 寄存器唤醒后将复位。 l 从停止2 进入后，在改变I/O 管脚的状态前，必须保持PPDF 标志清零。
必须通过写入IRQ 状态和控制寄存器中（IRQSC）的中断管脚允许位（IRQPE）来开启IRQ 引脚。否则进入停止状态后，单片机会马上从停止2 唤醒，除非IRQ 管脚上有外部上拉。IRQ 中断不需要启动（IRQSC 的IRQIE 位）。复位脚将自动配置为停止2 的唤醒脚。不需要软件或外部上拉。如果在停止模式中启动了LVD 模块，就不能采用停止2。在停止模式中启用了LVD 后再进入停止2, 单片机会进入停止3 模式。在停止2 中采用实时中断模块作为一个唤醒源时，必须使用内部时钟源，因为在停止2 中外部时钟源不能保持供电。如果在停止模式中开启外部振荡器（ICG 控制寄存器1 的OSCSTEN 位），然后进入停止2，那么该位将被忽略，时钟电源会被关闭。一般来说，应在SOPT 寄存器中允许停止指令，并且SPMSC2 寄存器的PDC 和PPDC 位必须设置为逻辑1。未提及的外围设备不需要任何特殊处理，因为进入停止2 后它们的电源会自动被关闭。 从停止2 唤醒后，单片机的启动过程类似POR（上电复位）发生后的情形。但是，与停止1 不同的是，SPMSC2 寄存器的PPDF 可以指示单片机是从停止2 而不是从标准POR 唤醒的。通过使用PPDF 和PPDACK 位，用户代码能够在进入停止2 前，将所有需要的寄存器值保存到RAM 中，然后在唤醒后恢复这些值。如果在PPDACK 写为逻辑1 前，端口寄存器已经保存和恢复，那么其I/O 状态将被保留。那些没有重新配置成停止2 锁存状态的端口管脚都将回复到复位状态。同样，没有重新配置成进入停止2 之前的状态的所有外围设备也将回复到复位状态。
停止3
 
停止3模式不能提供最低的IDD 电流，但它功能多，而且在所有停止模式中影响最小。只要SPMSC2 的PDC 位设置为0，即可进入停止3。此外还应注意，如果在停止模式下启动了LVD，或进入背景调试模式时也启动了LVD（BDCSCR 中的ENBDM 位已经设定为1），则此时唯一能够进入的停止模式是停止3。当ENBDM 位设置为1 后执行停止指令，背景调试逻辑的系统时钟仍然有效，因此仍能继续背景调试通信。如果用户需要能够轻松退出的停止模式，可以采用停止3。停止3 有一个优点，在通过中断从停止3 中恢复时，能保留DCO 的原有设置。就是说在停止恢复时，DCO 将用先前定义好的系统时钟配置进行设置。与其它停止模式不同的是，如果停止3 通过中断退出，是不需要进行任何初始化或重新配置的。中断发生后，CPU 开始处理堆栈操作，引导其进入中断服务程序。执行中断返回（RTI）指令后，CPU 会回复到紧跟在STOP（停止）指令后的那一条指令处。另一个可能需要采用停止3 模式的情况是必须使用键盘中断（KBI）模块的时候。MC9S08QG8 有8 个键盘中断脚－每一个管脚都能从停止3 中唤醒芯片。键盘中断模块不能在停止1 或停止2 中使用，但是在某些应用中，必须有多种退出停止模式的信号 表3-2为进入三种模式后，外围设备的状态特性。
下面是各种低功耗模式的功能总结：

l 停止1 是完全断电模式，所有RAM 和寄存器内容会丢失,通过IRQ 或复位可退出停止1；退出需要外部事件

l 停止2 是部分断电模式，保持RAM 内容、I/O 状态锁定通过IRQ、复位或内部自动唤醒定时器退出需要对要用 的各外围设备进行初始化

l 停止3 与M68HC08 单片机的停止模式相当,通过IRQ、键盘中断、低电压检测、内部自动唤醒定时器或复位退出允许时钟发生器运行，但不提供给外围设备，因此可以使用外部参考时钟不需要初始化外围设备

l 等待模式关闭CPU 的时钟，但可以提供给外围设备，通常用于等候中断时，如SCI 接收中断立即处理中断服务程序




下面是使用停止3模式的一段代码，唤醒方式为键盘中断唤醒，实验现象：单片机上电后，LED闪烁三次后进入停止模式，等待按键按下唤醒，LED在闪烁三次后继续进入停止模式！


#include /* for EnableInterrupts macro */
#include "derivative.h" /* include peripheral declarations */
/*********************变量和函数定义****************************/
void delay(unsigned int x);
void KB_init(void);
/*********************主函数************************************/
void main(void) {

KB_init();

SOPT1_STOPE=1;//使能停止模式
SPMSC2_PDC=1; //使能掉电状态
EnableInterrupts; /* enable interrupts */

for(;;) {
__RESET_WATCHDOG(); /* feeds the dog */

PTAD_PTAD1= ~PTAD_PTAD1; //LED闪烁

delay(1000);
PTAD_PTAD1= ~PTAD_PTAD1;

delay(1000);
PTAD_PTAD1= ~PTAD_PTAD1;

delay(1000);
PTAD_PTAD1= ~PTAD_PTAD1;

delay(1000);
PTAD_PTAD1= ~PTAD_PTAD1;

delay(1000);
PTAD_PTAD1= ~PTAD_PTAD1;

delay(1000);

asm{
stop; //进入停止模式
}
}
/* please make sure that you never leave main */
}


/*******************延时函数************************************/
void delay(unsigned int x)
{
unsigned int i,j;
for(i=0;i { __RESET_WATCHDOG();
for(j=0;j

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F_ZONE

不错，最近正在用这款芯片，以后还有问题要请教你！