【经验】RL78如何实现通过降低传感器功耗来节省工厂维护成本

时间： 2019-03-20 来源：Renesas

在文章【经验】通过降低传感器功率消耗来节省工厂维护成本，在待机状态下RL78/G11的CPU也能进行异常检测和警报输出中

有谈到关于RL78的CPU在工业工厂和厂房中，希望降低环境传感器系统的维护成本时，可以通过降低传感器功耗来实现。本文我们将继续来谈谈瑞萨电子的产品是如何做到的吧。

以每10秒进行一次测量的系统为例，在待机状态下，需要测量时间间隔（10秒）。也就是说，必须要有一组保持运行状态的定时器。除此之外，待机模式必须能够处理外部信号输入（外部中断或串行数据）。测量的操作状态和待机状态的范例如（图1）所示。

图1 测量操作和待机期间的处理流程

G11待机功能的说明如下。G11提供三种不同的待机模式，分别称为HALT，STOP和SNOOZE（图2）。

图2 RL78/G11 的三种待机模式

HALT模式从CPU的Run模式进入，当收到中断时，CPU返回Run模式。在HALT模式下，几乎所有外围功能都可以操作。

STOP模式与HALT模式一样是从CPU的Run模式进入的，当收到中断时，CPU返回Run模式。某些定时器、安全功能和DOC（数据操作电路）在此模式无法使用，但其他外围功能仍可操作。

SNOOZE模式是一种特殊模式，当微控制器接收到串行数据，A/D转换结束信号，或DTC（Data Transfer Controller，数据传输控制器）启动源请求时，系统从STOP模式进入SNOOZE模式。如果产生中断，CPU会被唤醒，否则微控制器还是返回STOP模式。SNOOZE模式是一种可以进行串行数据通讯、A/D转换和缓存器设置（DTC 的缓存器重写）的待机模式，该模式下并不会唤醒CPU。

微控制器的功耗取决于模式，通常可以如下排序：

STOP < SNOOZE < HALT < CPU RUN

功耗往右侧是增加。Run模式和STOP模式之间，操作电流（电源的电流特性）的比较，结果如下。

CPU Run模式：1.4 mA（24 MHz操作，HS模式，-40ºC至+85ºC，典型值）

STOP模式：0.25μA（+25ºC，典型值）

在此可以看出，STOP 模式下的电流消耗仅为Run模式的0.02％。

在G11的STOP模式下，可以进行间隔定时器的操作。间隔定时器用于定期从停止模式返回到Run模式，来获取粉尘传感器数据。外部信号输入可以通过STOP和SNOOZE模式的组合来处理，进而可以满足来自外部系统的测量结果查询需求。G11提供的ELC（Event Link Controller，事件链接控制器）和DTC功能，可用于检测外部中断，操作间隔定时器和使用比较器匹配。

快速异常检测和无延迟处理

本节介绍检测到错误（异常）时的处理方法。

制造厂房中的环境传感器，检测到异常情况时，可能的处理流程如（图3）所示。图中所示的步骤，需要以最小的延迟执行，即使微控制器当时处于待机模式也是一样。

图3 检测到异常时的处理步骤

例如，在以10秒间隔进行测量的系统中，如果在测量完成后立即发生异常（CPU从Run变为Standby），则在最糟糕的情况下，CPU可能不会在10秒内唤醒（图4（a））。对于要确保对异常的快速反应，这就是个问题。因此，CPU在停止（待机状态）时也能够进行异常检测的系统，就会受到期待。使用G11时，STOP和SNOOZE模式的组合，可用于监控传感器输出，并在待机期间也能触发警报信号（图4（b））。

图4 检测到异常时的CPU操作

（图5）标出了利用G11的外围功能，进行异常检测的方法。在图（5（b））中，DOC在没有CPU干预的情况下，执行16位比较、加法和减法。在（图5（a）和（b））中，DTC执行缓存器操作，例如在CPU停止期间进行内存之间的数据传输。G11还提供中断标志输出功能，输出INTFO信号。通过这些功能的适当组合，可以在不唤醒CPU的情况下输出警报信号。

图5 使用RL78/G11外围进行异常检测

当异常检测和或警报输出完成时，微控制器返回CPU Run模式。由于诸如切换频率，和等待芯片内置振荡器稳定的过程，这种类型的唤醒操作，通常需要几十微秒。但是，使用G11，通过选择合适的工作时钟频率，以及正确的闪存操作模式，CPU唤醒时间可以缩短到4到5微秒。

异常检测和警报信号输出的同时系统会产生一次中断，可以快速触发唤醒 CPU，以便顺利进行后续处理。虽然可能有些情况下，需要对异常做出更直接的反应，但在大多数情况下，5微秒的反应时间已经够短了。

瑞萨电子网站上提供的文件和有用的工具

这里描述的方法，也就是将微控制器的待机功能，用于环境传感器系统上的方法，也可以应用于其他类型的系统。为了推广G11待机功能的理解和运用，瑞萨电子在其网站上提供了应用说明和范例程序代码。

同时，瑞萨电子还向用户免费提供一套易于使用的可视化程序设计工具——Applilet EZ PL for RL78（版本2.00）。逻辑电路、定时器、一般用途逻辑、微控制器功能等，都在GUI面板上显示，并且可以加以组合，来创建微控制器程序。使用精灵格式（wizard format）也可以轻松完成待机功能设置。

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