停止模式:当CLKSEL寄存器中的PSTP=0时,CPU执行STOP指令,停止所有的时钟和晶振,从而使芯片进入完全静态模式。从这一模式唤醒CPU可以通过复位或外部中断。
伪停止模式:当CLKSEL寄存器中的PSTP=1时,CPU执行STOP指令进入伪停止模式。在这种模式下实时时钟中断和看门狗模块仍然在工作,其他的外设被关闭。这种模式消耗的电流比停止模式要大,但是缩短了唤醒CPU所需要的时间。
等待模式:CPU执行WAI指令后进入等待模式。在这种模式下,CPU不执行指令,内部的数据总线和地址总线都被关闭,所有的外设都处于激活的状态。
2.4 外设低功耗管理
随钻测井系统传感器主要包括CPU及外围电路、电源、UART通信、RTC、电压电流及温度传感器、Flash存储、总线通信部分和总线接口部分。其中耗电较多的是Flash模块、电压、电流及温度测量模块、RTC及通信电路。有些模块在一些时期是不需要工作的,因此可以动态电源管理,达到节约功耗的目的。
应用增强型P沟道MOS开关管VP0300L进行以上模块的供电控制,在无需供电的情况下切断模块的供电,达到节能的效果。在关闭每个模块的供电前先关闭该模块与MCU相应的通信总线,避免损坏接口。
Flash模块:在不读写存储器时可以关闭存储器的电源节约功耗。在读写的时候同时由MCU相应I/O口送出高电平,闭合开关。读写完成后可以断开开关。Flash约1分钟读写1次。SW_FL连接到Q128的I/O,当SW_FL置高时,SW_FL端电压不小于VCC,开关管断开,停止供电。当SW_FL置低时,SW_FL端电压小于VCC,开关管导通。
温度、电压、电流、电量监测模块:3个检测模块每1分钟采集1次。3个模块应用1个开关,在检测时闭合开关,给3个传感器供电,使其工作。采集结束,断开开关,降低功耗。
时间管理模块与1553通信模块:当总线无信号时,MCU断开2个模块的电源,降低功耗。当总线有信号时,MCU先被唤醒,然后通过MOS开关闭合开关,给2个模块供电。2个模块共用1个开关。
2.5 系统低功耗控制流程
系统低功耗控制流程如图2所示。
结 语
MC9S12Q128以其卓越的性能和极低功耗的特点,使开发人员有很大的余地来设计出高性能的低功耗系统。实践证明,使用MC9S12Q128为核心构成的随钻测井系统,其电池的使用寿命已经与进口系统相差不大。
进口随钻测井设备一般在井下工作时间为300小时。经现场测试,自主研发的基于MC9S12Q128的随钻测井设备可以在井下持续工作200多小时,完全可以满足各种水平井对传感器的功耗要求。可以预见,在不久的将来国产随钻系统的功耗将越来越低,达到国际水平。