S08QL低功耗模式的使用方法

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S08QL系列在1.8至3.6V的电压范围内提供极高的能效，非常适合高性价比、电池敏感的便携式低功耗应用。


除了运行模式和等待模式外，S08QL还提供多种低功耗模式，具有两种超低功耗停止模式、低功耗运行模式和低功耗等待模式。


今天小编就为大家介绍一下S08QL低功耗模式的使用方法。

1. S08QL的电源模式和时钟模式

1.1 电源模式


S08QL是一款超低功耗、小封装、超高性价比的MCU，提供了RUN、LPRUN、WAIT、LPWAIT、STOP2、STOP3这6种电源模式。


从这6种电源模式的节能程度来看，功耗对比为：


STOP2 < STOP3 < LPWAIT < WAIT < LPRUN <RUN


但是，节能效果越好的电源模式其外设受限程度越高。对于各电源模式之间的转换可参考下图：

在各个模式下，内部调压器的状态如下表：

使用S08QL进行低功耗设计时，需要进行以下配置以减少功耗：
低功耗设计时，需要在SCGC1和SCGC2寄存器中，关闭所有未使用的外设时钟， 减少外设产生的功耗。
将所有未使用的I/O引脚配置成上拉，使浮空的引脚保持在一个确定的电平，减少电流的消耗。


1.2 时钟模式


S08QL的低功耗特性与时钟模式的选择有关，选择合适的时钟模式可以降低MCU的功耗，保证MCU的低功耗运行和快速唤醒。


关于S08QL时钟的详细说明可以阅读S08QL参考手册第11章，现在对MCU在低功耗模式运行时涉及的时钟进行简单介绍。


S08QL的可选时钟源有3种：内部时钟源、外部时钟源和LPO(1k-Hz，只用于RTC和COP)。


通过时钟管理模块(ICS)对时钟进行配置后，S08QL有7种可用的时钟操作模式：FEI、FEE、FBI、FBILP、FBE、FBELP和STOP。


关于时钟的产生与分配可以参考下图：

现在对MCU低功耗模式下经常使用的FBELP和STOP两种时钟模式进行介绍。


关于时钟模式FBELP：


当系统时钟配置成FBELP时，MCU才能从RUN切换到LPRUN或LPWAIT电源模式。FBELP时钟模式下只能选择外部参考时钟源，且生成系统时钟时旁路掉锁频环FLL。配置FBELP时，在ICS模块的ICSC2寄存器的LP位写1，锁频环FLL在旁路模式下被禁用。


关于时钟模式STOP：


当MCU执行STOP指令进入电源模式STOP2或者STOP3时，MCU的时钟也会进入STOP模式。如果执行指令前不对ICS的STOP模式进行配置，MCU进入STOP2或STOP3后，ICSIRCLK时钟和OSCOUT时钟均不可用。


MCU执行STOP指令前，须对ICS进行以下配置，MCU进入STOP3模式ICSIRCLK时钟仍可用：
ICSC1_IRCLKEN和ICSC1_IREFSTEN位都写1。
MCU执行STOP指令前，对ICS进行以下配置，MCU进入STOP3模式或STOP2模式后OSCOUT时钟仍可用：
ICSC2_ERCLKEN和ICSC2_EREFSTEN位都写1。


关于LPO时钟源：


LPO是1-KHz的内部低功耗振荡器，可为RTC和COP提供时钟。MCU在STOP2或STOP3模式时，低功耗时钟LPO仍可以正常工作，RTC唤醒时也可以使用时钟LPO。

2. 低功耗电源模式的配置方法

2.1 RUN(运行)模式和LPRUN(低功耗运行)模式
RUN(运行)模式

RUN模式是MCU复位后的默认运行模式，片内电压调节器可以完全调节，MCU可以全速运行在各种时钟模式下，MCU性能最佳。


LPRUN(低功耗运行)模式


LPRUN模式时，能使用最小的能耗保证CPU的正常工作；电压调节器处于待机状态，提供MCU低频率运行的电压；外设均可以运行，但总线时钟只能配置为FBELP模式，且最大总线时钟频率要低于125kHz；不能对Flash进行编程或者擦除；在LPRUN、LPWAIT、STOP3模式且低电压检测不开启时，ADC和ACMP的间隙参考电压不可用；WAIT、LPRUN、LPWAIT、STOP3模式下，ADC的可用时钟源只有ADC内部产生的ADACK。




从RUN模式进入LPRUN模式，需要执行下面的全部操作：


在SCGC1和SCGC2寄存器中，关掉未使用外设模块的时钟；
将所有的I/O引脚配置成内部上拉模式；
SPMC1_LVDE位和SPMC1_LVDSE位写0，关闭低电压检测
在ICS模块中，把ICSC2_HGO位写0，将MCU时钟模式配置成FBELP，保证总线时钟频率小于125kHz；
完成以上配置后，在SPMSC2寄存器中将LPR位写1，MCU进入LPRUN低功耗模式。
从LPRUN模式恢复到RUN模式主要有三种方法，执行以下任意操作便能成功实现模式转换：
将SPMSC2寄存器的LPR位写0，此时读LPRS状态为0，MCU恢复到RUN模式。
MCU中断退出LPRUN模式：将SPMSC2寄存器的LPWUI位置1，中断产生时SPMSC2寄存器的LPR和LPRS位都为0，MCU恢复到RUN模式。
MCU产生的各种Reset，都会将清除LPR和LPRS位，MCU恢复到RUN模式。
LPRUN模式还可以进入到更省电的STOP3模式：
执行STOP指令，MCU从LPRUN模式进入STOP3模式


2.2 WAIT (等待)模式和LPWAIT(低功耗等待)模式


WAIT (等待)模式

WAIT模式下电压调节器可以全速调节，与RUN模式相比，WAIT模式下会将CPU的时钟关闭，进入省电的待机状态，外设还可以继续运行。
从RUN模式进入WAIT模式的方法：
执行WAIT指令


从Wait模式恢复到RUN模式的方法：
MCU产生任何中断都会将电源模式切换到RUN模式
MCU产生的各种Reset，使MCU恢复到RUN模式


LPWAIT(低功耗等待)模式


LPWAIT模式和LPRUN模式的基本情况相同，但LPWAIT模式时CPU时钟关闭，进入省电的待机状态，可以进一步降低功耗。MCU只能从LPRUN模式进入LPWAIT模式。
从RUN模式进入LPWAIT模式时需要执行下面的全部操作：
将MCU电源模式切换到LPRUN模式
执行WAIT指令，MCU切换到LPWAIT模式
MCU从LPWAIT模式切换到其他电源模式时有两种选择，可以恢复到正常运行的RUN模式，也可以恢复到LPRUN模式。


从LPWAIT模式切换到LPRUN模式的方法只有一种：
SPMSC2寄存器的LPWUI位写0，中断产生时，片内电压调节器仍是待机状态，MCU从LPWAIT模式切换到LPRUN模式。


从LPWAIT模式切换到RUN模式的两种方法：
SPMSC2_LPWUI位写1，中断产生时，片内电压调节器从待机恢复到全速状态，MCU从LPWAIT模式切换到RUN模式。


MCU的任何复位操作，都会使MCU从LPWAIT模式切换到RUN模式。


2.2 STOP(停止)模式


STOP模式分为STOP2模式和STOP3模式，总线时钟和CPU时钟都停止工作。执行STOP指令可以使MCU从RUN模式进入STOP2模式或STOP3模式，也可以使MCU从LPRUN模式进入STOP3。
现将执行STOP指令前，MCU进入STOP2或者STOP3模式的寄存器配置总结如下：

STOP2模式


STOP2模式是S08QL中最省电的一种电源模式，片内电压调节器会部分断电，除了RAM、RTC和低功耗振荡器(LPO)没有掉电外，MCU的其他电路都会断电，且所有I/O引脚的状态锁存。
从RUN模式进入STOP2模式需要完成以下全部操作：
将SOPT1寄存器的STOPE位写1，使能STOP模式。
将SPMSC1寄存器LVDE和LVDSE位写0，关闭低电压检测功能；
将SPMSC2寄存器PPDC位写1，使能STOP2低功耗式。
执行STOP指令。


从STOP2模式只能恢复到RUN模式，有以下两种方法：
通过唤醒引脚唤醒：SOPT1_RSTPE位写1，将PTA5/IRQ/TCLK/RESET引脚配置成复位引脚，可将MCU从STOP2模式唤醒
RTC中断可以将MCU从STOP2模式中唤醒
RTC中断唤醒时，可用时钟仅有LPO和STOP模式下的OSCOUT。


RTC将MCU从STOP2唤醒后，SPMSC2_PPDF标志位产生，会进行一个POR复位，除SPMSC1~3寄存器和RTC的寄存器外，其他所有的寄存器都会复位；SPMSC2_PPDACK位写1 会清除PPDF标志位，I/O状态不再保持，MCU唤醒过程结束。

STOP3模式


STOP3模式下，片内电压调节器处于待机状态，仍为MCU低频率运行提供所需电压；所有的内部寄存器和逻辑，RAM的内容，以及I/O引脚都进行状态保持；LPO，STOP模式下的ICSIRCLK；OSCOUT都是进入STOP3模式后的可用时钟。
从RUN模式进入STOP3模式的方法：


SOPT1寄存器的STOPE位写1，使能STOP模式。
在SPMSC1寄存器中将LVDE和LVDSE位写0，关闭STOP模式下低电压检测功能；
SPMSC2寄存器中，把PPDC位写0， 使能STOP3低功耗模式。
执行STOP指令
STOP3模式可以与RUN、LPRUN两种电源模式进行转换。


从STOP3模式进入到LPRUN模式：
SPMSC2寄存器LPWUI位写0，RTC、LVD、LVW、ADC、ACMP、IRQ、SCI、KBI的中断，将MCU从STOP3模式进入LPRUN模式。
从STOP3模式可以恢复到RUN模式：
RESET引脚复位。
SPMSC2寄存器LPWUI位写1，RTC、LVD、LVW、ADC、ACMP、IRQ、SCI、KBI的中断将MCU从STOP3模式恢复到RUN模式。
使用SCI唤醒时注意，在STOP3模式下，SCI模块只有接收端有效边沿检测电路还保持工作状态，将SCIBDH_RXEDGIE写1， 当接收端引脚检测到有效边沿时，中断产生才能将MCU从STOP3模式唤醒。

3. S08QL选型

这是S08QL产品的配置框图：

下面是S08QL产品的基本参数表：

4. S08QL的参考资料

有关上述电源模式相关的代码及更多的信息，请访问：www.nxp.com/S08QL8-Lite

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作者：吴璇 李珂              文章出处：恩智浦MCU加油站

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