开发人员在提供高水平的功能和性能同时又要最大限度地延长电池寿命方面始终面临挑战。同样，在电子产品方面，最重要的功能是电池消耗。应该尽可能少地增加设备操作时间。电源管理在便携式和电池供电的应用中至关重要。微安消耗量的差异可能会导致数月或数年的使用寿命，从而可能增加或降低产品在市场上的知名度和品牌。产品的增加要求更有效地优化电池使用。如今，用户要求使用紧凑的产品来提供更长的备用电池，因此制造商正在关注具有超长电池寿命的小尺寸电池，这是一个有问题的任务。但，在经历了许多影响电池寿命的因素和关键参数后，开发人员才提出了节电技术。
有许多影响电池使用的参数，例如使用的微控制器，工作电压，电流消耗，环境温度，环境条件，使用的外围设备，充电-充电周期等。随着智能产品进入市场的趋势，这一点非常重要。首先关注使用的MCU，以优化电池寿命。当要节省小型产品的功耗时，MCU成为至关重要的部分。因此建议首先从MCU开始。现在，MCU具有不同的省电技术。要了解有关最小化微控制器（MCU）功耗的更多信息，请参阅上一篇文章。本文主要关注降低微控制器功耗的重要参数之一，即修改时钟频率。在低功耗应用中使用MCU时应注意这一点。
为什么要修改微控制器的时钟频率？
在上面提到的许多参数中，时钟频率的选择在节能方面起着非常重要的作用。研究表明，错误选择微控制器的工作频率会导致电池电量的大量损失。为了避免这种损失，开发人员需要注意适当的频率选择以运行微控制器。现在，不必在设置微控制器时就开始进行频率选择，而也可以在编程之间进行选择。有许多微控制器带有选择位以选择所需的工作频率。而且微控制器可以在多个频率下运行，因此开发人员可以根据应用选择适当的频率。
选择多个频率对性能有何影响？
毫无疑问，选择各种频率会影响微控制器的性能。就微控制器而言，众所周知，频率和性能成正比。这意味着，频率越高，代码执行时间就越短，从而程序执行速度也就越高。因此，现在很清楚，如果更改频率，那么性能也会改变。但是，开发人员不必为了更高的微控制器性能而坚持一个频率。
低频还是高频，该选择哪一个？
当微控制器必须提供高性能时，情况并非总是如此，有些应用需要微控制器的中等性能，在这些类型的应用中，开发人员可以将工作频率从GHz降低到MHz，甚至降低到所需的最低频率。运行微控制器。尽管在某些情况下需要最佳性能，并且执行时间也很关键，例如在驱动不带FIFO缓冲器的外部闪存ADC时，或者在视频处理和许多其他应用中，开发人员可以在这些领域中使用微控制器的最佳频率。即使在这种环境中使用，开发人员也可以通过选择正确的指令来巧妙地编写代码，以减少代码长度。
例如：如果 “ for” 循环使用更多指令，并且可以使用多行指令，而无需使用 for 循环，则占用更少的内存来完成任务，那么开发人员可以 使用多行指令，而无需使用 “ for” 循环。
为微控制器选择合适的频率取决于任务要求。更高的频率意味着更高的功耗，但也意味着更多的计算能力。因此，频率的选择实质上是功耗与所需计算能力之间的折衷。
在低频下工作的主要优势还在于，除了较低的RFI（射频干扰）外，电源电流也较低。
电源电流（I）=静态电流（I q）+（K x频率）
第二个术语占主导地位。微控制器的RFI能量非常小，因此非常容易过滤。
因此，如果应用程序需要快速的速度，则不必担心运行速度快。但是，如果需要考虑功耗，则应按照应用程序允许的速度运行。
时钟频率切换技术
PLL（锁相环）单元始终存在于高速运行的高性能MCU中。所述PLL提升输入频率到较高频率例如从8兆赫至32兆赫。开发人员可以选择适合应用程序的工作频率。某些应用程序不需要高速运行，在这种情况下，开发人员需要保持MCU的时钟频率尽可能低才能运行任务。但是，在固定频率的平台上，例如不包含PLL单元的低成本8位MCU，必须改进指令代码以降低处理能力。而且，包含PLL单元的MCU无法利用频率切换技术的优势，该技术允许MCU在数据处理周期内以高频运行，然后在数据传输周期内恢复为低频运行。
该图说明了PLL单元在频率切换技术中的使用。
选择时钟管理操作模式
一些高速微控制器支持不同的时钟管理模式，例如停止模式，电源管理模式（PMM）和空闲模式。可以在这些模式之间切换，从而允许用户在功耗的同时优化设备的速度。
可选时钟源
晶体振荡器是任何微控制器上功耗的主要消耗者，特别是在低功耗操作期间。用于从停止模式快速启动的环形振荡器，在正常工作期间也可用于提供大约3至4MHz的时钟源。尽管上电时仍需要晶体振荡器，但是一旦晶体稳定下来，就可以将器件操作切换到环形振荡器，从而节省多达25 mA的功率。
时钟速度控制
微控制器的工作频率是确定功耗的最大因素。高速微控制器系列微控制器支持不同的时钟速度管理模式，这些模式通过减慢或停止内部时钟来节省功耗。这些模式使系统开发人员可以最大程度地节省功率，并且对性能的影响最小。
从非易失性存储器或RAM执行软件
开发人员在估算电流消耗时必须仔细考虑是从非易失性存储器还是从RAM执行软件。从RAM执行可以提供较低的有功电流规格；但是，许多应用程序不够小，无法单独从RAM执行，并且需要从非易失性存储器执行程序。
启用或禁用总线时钟
大多数微控制器应用程序需要在软件执行期间访问存储器和外围设备。这需要启用总线时钟，并且需要在有效电流估算中加以考虑。
使用内部振荡器
使用内部振荡器并避免使用外部振荡器可以节省大量能量。随着外部振荡器吸收更多电流，从而导致更多的功率使用。另外，使用内部振荡器也不是一件容易的事，因为当应用需要更多时钟频率时，建议使用外部振荡器。
结论
制造低功耗产品首先要选择MCU，而市场上有多种选择时，这将非常困难。频率的修改会对功率使用产生很大的影响，并且还会产生良好的功耗结果。修改频率的另一个好处是，没有额外的硬件成本，并且可以在软件中轻松实现。该技术可用于提高低成本MCU的能效。此外，节能量取决于工作频率，数据处理时间和MCU架构之间的差异。与正常运行相比，使用频率切换技术可节省多达66.9％的能源。
归根结底，对于开发人员来说，要满足增加的系统功能和性能目标的需求，同时又要延长产品的电池寿命，是一项重大挑战。为了有效地开发可提供最长电池寿命的产品，甚至完全不使用电池，需要深刻理解系统要求和微控制器的当前规格。这比简单估算活动时MCU消耗的电流要复杂得多。取决于正在开发的应用，频率修改，待机电流，外围电流可能比MCU电源对电池寿命的影响更大。
本文旨在帮助开发人员了解MCU如何根据频率消耗功率，并可以通过修改频率进行优化。