在微控制器电路中使电池持续很长时间

我希望使用一些小的电池（可能是纽扣电池）为ATtiny85V供电很长时间。

我已经研究了软件方面，我的代码是由看门狗定时器驱动的，关闭了未使用的模拟和数字转换器，芯片以1MHz的频率运行，等等。当然在这方面既忙又新它消耗了多少电流，但我希望基本上已将其最小化。

它每隔几秒钟醒来一次，对ADC进行电压电平检查，将其记录到ram中，然后返回睡眠状态。如果检测到串行线已连接，则将数据喷出。

但是，现在我正在查看整个电路，并想知道是否应该做一些事情使整个电路对电池更友好？

在设计一个组件（微控制器）具有重复但可变电流消耗的持久（简单）电路时，基本的基本原则是什么？

例如：

• LED指示灯有什么大不了的吗？电池没电了吗？我应该在其上放一个巨大的电阻以使其变暗，还是仅仅使电阻使用电池？
• 我应该使用旁路/去耦电容器来均衡从电池汲取的电流，还是电容器会浪费电池的电量？
• 微控制器仅需要1.8V，但我没有任何1.8V电池。我应该使用两节1.x电池并发送太多电压吗？我可以通过不使用很多伏特来延长电池寿命吗？我怎么做？
• 检查引脚为高电平还是低电平需要额外的功率吗？与无操作或某种算术相比，检查GP I / O引脚之一的状态是否有很多额外的功耗使用？

我模糊地知道如何计算（更模糊地如何测量）电流，电压，功率，但是我不确定这些东西中的哪一部分等同于电池寿命。电池寿命的重要衡量单位是库仑吗？

我有一个模糊的想法，认为电池充满了诸如以下内容：

• 收费，以安培小时为单位
• 能源，以瓦特小时为单位
• 功率，以瓦特为单位

但是我不清楚电路在运行时会“吃掉”什么。我已经阅读了大量的EE101和物理教科书，但实际上我没有任何实验经验。换句话说，我已经阅读了大量有关电池的信息，但是我不确定在实践中大多数含义是什么。

电阻器会耗尽电池寿命吗？做电容器吗？二极管吗？我怀疑它们都可以，但是哪个数字重要呢？阻抗？功耗？当前？电压？

有没有一种方法可以降低电压而不浪费电池？有没有办法在增加电池寿命的同时降低电压？

只是一个随机列表，如果发布原理图，可能会更容易：

1.8V锂纽扣电池非常容易找到，但是您的串行接口更可能需要3.3v？除非您的接收端将处理1.8V。

泄漏电流通常会随着电压的升高而上升，因此通常越低越好。还要考虑系统的欠压点与电池特性。电池的“死亡”特性将由您使用的电池化学性质决定。例如，如果您的uC在1.7V电压下掉电，您实际上可能希望使用更高电压的电池，因为某些电池的输出电压会随着电池的耗尽而缓慢降低。使用3.3V电池可以延长使用寿命，因为当它开始耗尽时，其输出会缓慢下降，并且可以一直工作到1.8V。如果您使用1.8V电池，则随着电池耗尽，将很快关闭。所有这些都假定您的串行接口或其他组件可以处理很宽的电压范围（我知道AVR可以）。

LED会消耗大量电能，除非您使用功率非常低的LED并控制其电流消耗，否则可能消耗的电流要比AVR多得多。如果仅在调试时使用它，则不要填充它以进行生产或仅使其不时闪烁一次，以尽量减少其按时运行，并确定控制其当前消耗。

如果可以，请选择串行接口的极性/静止状态以消耗尽可能少的功率，它的静止状态不应消耗功率。如果需要上拉电阻，则应使用最大的电阻，以保持信号完整性，同时最大程度地减少电流消耗。如果功耗是一个巨大的问题，请使用一种信号方案，该方案倾向于不消耗功率的位。例如，如果您有上拉电阻，则使用一种协议，该协议的信号中会出现很多“ 1”，这会使串行接口处于大多数情况下功耗不大的状态。仅当您大量使用串行总线时，此类优化才值得。如果使用很少，请确保其静止状态没有消耗电力。

一般来说，您可以假设所有指令（读取GPIO等）需要相同的电量。它不是真的，但功率差异很小。

功耗更多地取决于您已打开电源的外围设备的数量/类型，以及微型计算机在活动状态与睡眠状态之间花费的时间。因此，ADC使用更多的功率，而EEPROM写入使用的功率相当大。特别是，像EEPROM写入之类的事情通常是在相当大的“块”中完成的，因此在对EEPROM进行写入之前，您应该积累尽可能多的信息（如果您甚至使用它）。对于micro支持在其两个睡眠状态下读取ADC的ADC，因为ADC转换需要相对较长的时间，所以这是一个良好的睡眠时间。

您可能应该只阅读微控制器数据手册中有关电源管理，睡眠状态和最大程度降低功耗的部分：链接第35页。保持AVR尽可能长时间处于最深睡眠状态。唯一的例外是您必须考虑启动和关闭时间。如果醒来需要25个睡眠，那么10个周期的睡眠是不值得的。

电阻器会耗尽电池寿命吗？做电容器吗？二极管吗？

他们都在某种程度上做到了。电阻在大多数应用中的耗散最大：

P = V * I

P = V ^ 2 / R或P = I ^ 2 * R（其中V是电阻两端的压降）

二极管具有（相对）固定的压降，因此功耗几乎只与流过二极管的电流有关。例如，如果电流正向流过二极管，则二极管的正向压降为0.7V，P = 0.7 *I。当然，这是一种简化，您应该根据二极管的IV特性检查操作模式。

电容器理论上不应该消耗任何功率，但是实际上它们具有有限的串联电阻和非零泄漏电流，这意味着它们确实消耗了一些功率，但是通常您不必担心如此低的电压。话虽这么说，选择具有最小泄漏电流和ESR的电容器是一项成功之举。

至于使用它们来平滑电池消耗，这对用电并没有太大帮助，而对于滤波则更多。电池化学也将在这里发挥作用，某些化学物质会不断消耗，从而变得更快乐，而某些化学物质对尖峰电流的吸收会更好。

马克给出了一个极好的答案，并提出了我要提出的许多观点。我也想贡献一些。

将示波器与低欧姆电阻器串联使用，并与常见的返回电池串联进行电流测量。微控制器的电流消耗并不简单，通常来说，电表的FAR速度太慢，无法让您很好地了解正在发生的事情。“低欧姆”的含义取决于预期的电流消耗。一个1欧姆的电阻每产生100mA的电流就会产生100mV的电压，这对您来说可能太大了。我会尝试使用10欧姆1％或0.5％的电阻器；每消耗10mA电流就会看到100mV。18欧姆每5.5mA可提供100mV。如果您真的要低功耗，那么也许可以节省1k的成本。I = V / R：每消耗100uA电流，您就会看到100mV。小心点；如果您汲取足够的电流，您最终将在分流器上下降太多，并且测量将关闭，更不用说电路可能无法正常工作。:-)

在连接“示波器”的情况下，为微控制器尝试几个不同的工作频率。您可能会惊讶地发现，由于时钟花费的时间少得多，因此以较高的时钟速度消耗的功率更少，因此您可能会感到惊讶。

尽可能消除上拉/下拉。您的任何输出都不应有任何输出，因为在大多数情况下，您可以将它们驱动为空闲状态。正如Mark所说，输入应该与有意义的联系在一起，并使用尽可能高的值。

确保您的微控制器已尽可能关闭。将未使用的引脚转换为输出，并将它们驱动到一个状态（高或低，无关紧要）。不要让LED亮着。如果您可以关闭其他组件的电源或停止其时钟，请执行此操作。例如，SPI Flash存储器通常具有“掉电”命令，该命令将消耗本已很低的功耗并将其驱动到更低的水平。

其他人则谈到了电压方面，我也想对此发表评论。如果在电池和电路之间使用高效的降压/升压调节器，则可能会更好地使用电池。当电池电量高于所需的1.8V时，稳压器将处于降压模式（电压降低），而当电池电量低于1.8V时，则切换至升压模式（电压升高）。这将使您能够运行电路，直到电池完好无损为止，这绝对值得您使用它们时获得几％的效率损失。确保根据要使用的整个范围内的效率选择调节器，并适当调整调节器的尺寸；能够以98％的效率提供1A电流的稳压器可能以60％的效率提供50mA电流。仔细阅读数据表。

对于您的电路，我建议在微安范围内使用万用表来测量电流消耗。然后，根据电池的特性，您可以计算出寿命。它不一定是安培小时/电流，因为电池针对不同负载具有不同的放电特性。但是，它可能是有用的近似值。

如果要比较PIC单片机，我认为在1 MHz时，您将吸收一点功率-至少100µA。但这将被流经您的LED的5mA至20mA所淹没，因此您应该首先消除它。

如今，已经有现成的开发套件和分线板，可用于进行精确的电流测量，在某些情况下甚至可降至nA范围。如果您还不确定，请查看µCurrent Gold。这对于静态测量是有益的，但对于随时间推移记录测井则不利。

仍然可以使用µCurrent的一种方法是将差动放大器连接到输出。然后，您可以将其馈入具有模拟输入的示波器或逻辑分析仪。我在上面写了一个完整的螺母和螺栓教程，我觉得它可能对预算有限但没有合适工具的人们有所帮助。

您不仅可以从电路内部的电压中学习到电压，而且还可以对每个微小的电流尖峰做出反应，这是令人惊奇的。在选择电池技术和验证测试时，它节省了我很多时间。😎

所有答案都已经有重点。我将根据经验添加一个。

当我开发功耗小于10uA的设备，甚至在深度睡眠模式下小于1uA的设备时，电路板的清洁也会有所不同。一次，我有10个板中有7个具有预期的电流消耗。都一样，一切正常。用超声波清洗机清洗后，所有板子都达到了预期的效果。

最后，检查所有元素的数据表，估计您的预期/目标消费量。如果您处理得当，您将达到您的估计。这包括微控制器中所有未使用的引脚。即使关闭ADC，也要确保关闭时的引脚配置最佳，具体取决于您的外部连接。