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1．1 便携式模块节点硬件低功耗设计
(1)处理器选择
ATmega324p为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案：
①TQFP(薄塑封四角扁平封装)，体积小，集成度高；
②6个可通过软件进行选择的省电模式；
③最高达到20MIPs的吞吐率(在20 MHz下)。
(2)接口电路低功耗设计
接口电路的低功耗设计，往往是容易被忽略的一个环节。在这个环节里，首先要选择低功耗的外围芯片，然后根本的方法是使接口电路的常态处于低功耗状态。另外，还要考虑以下两个因素：
①上拉电阻／下拉电阻的选取。在能够正常驱动后级的情况下，尽可能选取更大的阻值。另外，当信号在多数情况下为低时，也可以考虑用下拉电阻，以降低功耗。
②对悬空脚的处理。CMOS悬空的输入端的输入阻抗极高，很可能感应一些电荷导致器件被高压击穿，而且还会使输入端信号电平随机变化，导致CPU在休眠时不断地被唤醒，从而无法进入休眠状态，或导致其他莫名其妙的故障。所以正确的方法是，将未使用到的输入端连接到电源VCC或地。
(3)通信芯片选型
IA4421是Integration Associates公司推出的射频收发一体芯片，工作在433／868／915 MHz频段。芯片的工作电压为2．2～5．4 V，采用低功耗模式，待机电流为0．3μA，采用FSK调制模式，发射功率为5～8 dBm，接收灵敏度为-109dBm。
IA4421具有高数据传输速率，数字信号的传输速率可达115．2 kbps，模拟信号的传输速率可达256 kbps。
1．2 便携式控制器低功耗软件设计
(1)各种功耗模式转换
便携式控制器在硬件上由ATmega324p、IA4421和三星公司的LCD以及外围电路组成。把便携式控制器作为一个整体，定义了4种不同的工作模式，如表1所列。不同的工作模式，由便携式控制器上相关功能芯片的工作模式组合而定。
②基于功耗模式转换的无线收发工作过程：当便携式控制器没有接收和发送任务时，进入睡眠模式，即LCD关闭，ATmega324p处于Power-save模式，IA4421处于SLEEP模式。在实际应用中，便携式控制器处于睡眠模式的时间应该最长。
如果用户有传输数据的要求，便携式控制器可以通过按键、异步定时器2(实时时钟)以及接收到主机的信号后产生的外部中断信号(INT2)唤醒控制器，进行发送和接收的相关操作。任务完成后，再次进入睡眠模式。
(2)低功耗键盘软件设计
ATmega 324p的PortA、PortB、PortC、PortD共有32个I／O口，每个I／O口都是一个外部中断源。当端口上检测到有电平跳变时，就可以产生一个外部中断(PCINT)。这个功能使得控制器的外部中断口数量不再受到限制。3×3键盘的6个接口分别接在普通的I／O口上就能实现中断按键。中断按键在本系统中有如下优点：
①中断按键程序不需要控制器一直处于扫描运行状态，比用Polling方式下的键盘扫描程序大大地降低了功耗。
②中断按键程序能够通过按键产生中断来唤醒控制器，在不影响系统功能的前提下，方便系统进行各种模式之间的转换。详细的键盘系统软件设计流程如图1所示。
2 低功耗实验与结果分析
2．1 ATmega324p小系统的功耗实验
ATmega324p小系统包括ATmega324p单片机、三星公司的S6B0741 LCD模块以及供电电源(5 V、2．5 A电源适配器)，在最小系统的功耗实验系统中没有加入无线通信芯片部分。
(1)电流消耗理论值
ATmega324p工作在8 MHz频率以及LCD(S680741)工作在开启显示(背光关闭)、睡眠模式和关闭LCD(S680741)时的电流消耗理论值如表2所列。
(2)最小系统在不同工作模式下实际电流值的测定在系统中下载C程序，分别测量系统在不同的组合模式下的电流消耗。测试环境为实验室内，温度20℃左右；使用万用表和100 Ω电阻，ICCAVR开发环境，STK500下载器下载。
在便携式控制器的总电源接口上串联一个100 Ω的电阻，在不同的系统模式下分别测量电阻上的电压值，然后计算电流值。测试值与理论值的对比结果如表3所列。
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