- Mengapa Mengubah Frekuensi Jam dalam Pengawal Mikro?
- Apakah kesan memilih beberapa frekuensi pada prestasi?
- Frekuensi Rendah atau Tinggi, yang mana satu untuk dipilih?
- Teknik Menukar Frekuensi Jam
- Memilih Mod Operasi Pengurusan Jam
- Pelaksanaan perisian dari memori atau RAM yang tidak mudah berubah
- Menggunakan pengayun dalaman
- Kesimpulannya
Pembangun selalu mempunyai cabaran untuk memberikan tahap fungsi dan prestasi yang tinggi dan pada masa yang sama memaksimumkan jangka hayat bateri. Juga mengenai produk elektronik, ciri yang paling penting ialah penggunaan bateri. Ini semaksimum mungkin untuk meningkatkan masa operasi peranti. Pengurusan kuasa sangat penting dalam aplikasi mudah alih dan berkuasa bateri. Perbezaan penggunaan mikroampere boleh menyebabkan berbulan-bulan atau bertahun-tahun hayat operasi yang dapat meningkatkan atau menurunkan populariti dan jenama produk di pasaran. Peningkatan produk menuntut pengoptimuman penggunaan bateri yang lebih efisien. Pada masa kini, pengguna menuntut cadangan bateri yang lebih lama dengan saiz produk yang padat sehingga pengeluar memfokuskan pada ukuran bateri yang lebih kecil dengan jangka hayat bateri yang sangat panjang yang merupakan tugas yang dipersoalkan. Tetapi,para pembangun telah menghasilkan Teknologi Penjimatan Kuasa setelah melalui banyak faktor dan parameter kritikal yang mempengaruhi jangka hayat bateri.
Terdapat banyak parameter yang mempengaruhi penggunaan bateri seperti mikrokontroler yang digunakan, voltan operasi, penggunaan semasa, suhu persekitaran, Keadaan persekitaran, periferal yang digunakan, kitaran pengisian semula dan lain-lain. Dengan trend produk pintar yang muncul di pasaran, sangat penting untuk memberi tumpuan pertama pada MCU yang digunakan, untuk mengoptimumkan jangka hayat bateri. MCU menjadi bahagian kritikal ketika menjimatkan kuasa pada produk bersaiz kecil. Oleh itu, disarankan untuk memulakan dengan MCU terlebih dahulu. Kini, MCU dilengkapi dengan teknik penjimatan kuasa yang berbeza. Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai meminimumkan Penggunaan Daya dalam Mikrokontroler (MCU), rujuk artikel sebelumnya. Artikel ini memfokuskan pada salah satu parameter penting untuk mengurangkan penggunaan kuasa dalam mikrokontroler, iaitu mengubah frekuensi jamyang perlu diberi perhatian semasa menggunakan MCU untuk aplikasi kuasa rendah.
Mengapa Mengubah Frekuensi Jam dalam Pengawal Mikro?
Daripada banyak parameter yang disebutkan di atas, pilihan frekuensi jam memainkan peranan yang sangat penting dalam menjimatkan kuasa. Kajian menunjukkan bahawa pemilihan frekuensi operasi mikrokontroler yang salah boleh menyebabkan peratusan (%) kehilangan kuasa bateri yang ketara. Untuk mengelakkan kerugian ini, pembangun perlu menjaga pemilihan frekuensi yang sesuai untuk menjalankan mikrokontroler. Sekarang, tidak perlu pemilihan frekuensi dapat dilakukan pada awalnya, ketika mengatur mikrokontroler, sedangkan itu juga dapat dipilih di antara pengaturcaraan. Terdapat banyak mikrokontroler yang dilengkapi dengan pilihan bit untuk memilih frekuensi operasi yang diinginkan. Mikrokontroler juga dapat berjalan pada banyak frekuensi, jadi pemaju mempunyai pilihan untuk memilih frekuensi yang sesuai bergantung pada aplikasi.
Apakah kesan memilih beberapa frekuensi pada prestasi?
Tidak dinafikan bahawa memilih pelbagai frekuensi akan mempengaruhi prestasi mikrokontroler. Seperti halnya mikrokontroler, sangat diketahui bahawa frekuensi dan prestasi adalah berkadar. Ini bermaksud bahawa, semakin besar frekuensi akan mempunyai waktu pelaksanaan kod yang lebih sedikit dan dengan demikian kelajuan pelaksanaan program lebih besar. Jadi sekarang, sangat jelas bahawa jika frekuensi diubah maka prestasinya juga akan berubah. Tetapi tidak perlu bahawa pembangun perlu tetap pada satu frekuensi hanya demi prestasi mikrokontroler yang lebih tinggi.
Frekuensi Rendah atau Tinggi, yang mana satu untuk dipilih?
Tidak selalu berlaku ketika mikrokontroler harus memberikan prestasi yang tinggi, ada beberapa aplikasi yang memerlukan kinerja mikrokontroler yang sederhana, dalam jenis aplikasi ini pemaju dapat menurunkan frekuensi operasi dari GHz ke MHz dan bahkan ke frekuensi minimum yang diperlukan untuk jalankan mikrokontroler. Walaupun, dalam beberapa kes, prestasi optimum diperlukan dan juga masa pelaksanaan sangat penting seperti ketika menggerakkan ADC denyar luaran tanpa penyangga FIFO, atau dalam pemprosesan video dan banyak aplikasi lain, di kawasan ini pembangun dapat menggunakan frekuensi optimum mikrokontroler. Walaupun menggunakan persekitaran seperti ini, para pembangun dapat membuat kod dengan bijak untuk mengurangkan panjang kod dengan memilih arahan yang tepat.
Sebagai contoh: Jika gelung 'untuk' mengambil lebih banyak arahan dan seseorang dapat menggunakan beberapa baris arahan yang menggunakan memori yang lebih sedikit untuk melakukan tugas tanpa menggunakan gelung untuk , maka pembangun boleh menggunakan beberapa baris arahan mengelakkan penggunaan gelung 'untuk' .
Pemilihan frekuensi yang sesuai untuk mikrokontroler bergantung pada keperluan tugas. Frekuensi yang lebih tinggi bermaksud penggunaan kuasa yang lebih tinggi tetapi juga kuasa pengiraan yang lebih tinggi. Jadi pada dasarnya pilihan frekuensi adalah pertukaran antara penggunaan kuasa dan kuasa pengiraan yang diperlukan.
Kelebihan utama bekerja pada frekuensi rendah ialah arus bekalan rendah selain RFI yang lebih rendah (Radio Frequency Interference).
Bekalan Arus (I) = Arus Tenang (I q) + (K x Kekerapan)
Istilah kedua adalah dominan. Tenaga RFI mikrokontroler sangat kecil sehingga sangat senang ditapis.
Oleh itu, jika aplikasi memerlukan kelajuan yang cepat, jangan risau untuk berlari dengan pantas. Tetapi sekiranya penggunaan tenaga menjadi perhatian, jalankan lebih lambat seperti yang diizinkan oleh aplikasi.
Teknik Menukar Frekuensi Jam
Unit PLL (Phases Lock Loop) sentiasa wujud dalam MCU berprestasi tinggi yang berjalan pada kelajuan tinggi. Yang meningkatkan PLL input frekuensi kepada frekuensi yang lebih tinggi contohnya, dari 8 MHz hingga 32 Mhz. Ini adalah pilihan pembangun untuk memilih frekuensi operasi yang sesuai untuk aplikasi. Sebilangan aplikasi tidak perlu dijalankan pada kelajuan tinggi, dalam hal ini pembangun perlu memastikan frekuensi jam MCU serendah mungkin untuk menjalankan tugas. Walau bagaimanapun, dalam platform frekuensi tetap, seperti MCU 8-bit kos rendah yang tidak mengandungi unit PLL, seseorang mesti meningkatkan kod arahan untuk mengurangkan tenaga pemprosesan. Juga, MCU yang mengandung unit PLL tidak dapat memanfaatkan kelebihan teknik beralih frekuensi yang memungkinkan MCU beroperasi pada frekuensi tinggi dalam masa pemrosesan data dan kemudian kembali ke operasi frekuensi rendah untuk periode pengiriman data.
Angka tersebut menjelaskan penggunaan unit PLL dalam Teknik Peralihan Frekuensi.
Memilih Mod Operasi Pengurusan Jam
Beberapa mikrokontroler berkelajuan tinggi menyokong mod pengurusan jam yang berbeza seperti mod Berhenti, Mod Pengurusan Daya (PMM) dan mod Idle. Ada kemungkinan untuk beralih antara mod ini yang membolehkan pengguna mengoptimumkan kelajuan peranti semasa penggunaan kuasa.
Sumber Jam Yang Boleh Dipilih
Pengayun kristal adalah pengguna kuasa besar pada mana-mana mikrokontroler, terutamanya semasa operasi kuasa rendah. Pengayun cincin, digunakan untuk memulai cepat dari mode Berhenti, juga dapat digunakan untuk menyediakan sumber jam sekitar 3 hingga 4MHz selama operasi normal. Walaupun pengayun kristal masih diperlukan ketika power-up, setelah kristal stabil, operasi peranti dapat dialihkan ke pengayun cincin, dengan mewujudkan penjimatan kuasa sebanyak 25 mA.
Kawalan Kelajuan Jam
Kekerapan pengendalian mikrokontroler adalah satu-satunya faktor terbesar dalam menentukan penggunaan kuasa. Keluarga mikrokontroler Berkelajuan Tinggi menyokong mod pengurusan kelajuan jam yang berbeza yang menjimatkan kuasa dengan memperlahankan atau menghentikan jam dalaman. Mod ini membolehkan pembangun sistem memaksimumkan penjimatan kuasa dengan kesan minimum terhadap prestasi.
Pelaksanaan perisian dari memori atau RAM yang tidak mudah berubah
Pembangun mesti mempertimbangkan dengan teliti sama ada perisian dijalankan dari memori yang tidak mudah berubah atau RAM dalam menganggarkan penggunaan semasa. Pelaksanaan dari RAM dapat menawarkan spesifikasi semasa aktif yang lebih rendah; namun, banyak aplikasi tidak cukup kecil untuk dijalankan dari RAM sahaja dan memerlukan program dijalankan dari memori yang tidak mudah berubah.
Jam bas diaktifkan atau dilumpuhkan
Sebilangan besar aplikasi mikrokontroler memerlukan akses ke ingatan dan periferal semasa pelaksanaan perisian. Ini memerlukan jam bas diaktifkan dan perlu dipertimbangkan dalam anggaran semasa yang aktif.
Menggunakan pengayun dalaman
Menggunakan pengayun dalaman dan mengelakkan pengayun luaran dapat menjimatkan tenaga yang besar. Sebagai pengayun luaran menarik arus lebih banyak sehingga penggunaan tenaga lebih banyak. Juga tidak terikat seseorang harus menggunakan pengayun dalaman, kerana pengayun luaran disarankan untuk digunakan ketika aplikasi memerlukan lebih banyak frekuensi jam.
Kesimpulannya
Membuat produk dengan kuasa rendah bermula dengan pilihan MCU dan sangat sukar apabila pelbagai pilihan tersedia di pasaran. Pengubahsuaian frekuensi boleh memberi kesan besar pada penggunaan tenaga dan juga memberikan hasil penggunaan tenaga yang baik. Kelebihan tambahan mengubah frekuensi adalah bahawa tidak ada kos perkakasan tambahan dan ia dapat dilaksanakan dengan mudah dalam perisian. Teknik ini boleh digunakan untuk meningkatkan kecekapan tenaga MCU kos rendah. Lebih-lebih lagi, jumlah penjimatan tenaga bergantung pada perbezaan antara frekuensi operasi, masa pemprosesan data dan seni bina MCU. Penjimatan tenaga hingga 66.9% dapat dicapai ketika menggunakan teknik menukar frekuensi dibandingkan dengan operasi normal.
Pada penghujung hari, bagi pembangun, memenuhi keperluan peningkatan fungsi sistem dan objektif prestasi sambil meningkatkan jangka hayat bateri produk, merupakan cabaran yang besar. Untuk mengembangkan produk dengan berkesan yang memberikan hayat bateri paling lama - atau bahkan beroperasi tanpa bateri sama sekali - memerlukan pemahaman yang mendalam mengenai kedua-dua keperluan sistem dan spesifikasi semasa mikrokontroler. Ini jauh lebih kompleks daripada sekadar mengira berapa banyak masa yang digunakan MCU semasa aktif. Bergantung pada aplikasi yang sedang dikembangkan, pengubahsuaian frekuensi, arus siaga, arus periferal mungkin mempunyai kesan yang lebih signifikan terhadap hayat bateri daripada kuasa MCU.
Artikel ini dibuat untuk membantu pembangun memahami bagaimana MCU menggunakan kuasa dari segi frekuensi dan dapat dioptimumkan dengan pengubahsuaian frekuensi.