第81章低功耗设计问题-大连理工大学精品课程建设工程
嵌入式系统中的低功耗设计策略
嵌入式系统中的低功耗设计策略在嵌入式系统中，低功耗设计一直是一个重要的课题。
随着移动互联网的迅速发展和智能设备的普及，对于嵌入式系统的功耗要求也越来越高。
低功耗设计不仅可以延长嵌入式系统的使用时间，还可以降低系统的发热量，提高系统的稳定性和可靠性。
因此，如何在设计阶段合理降低系统的功耗，成为了设计工程师们必须面对的一个挑战。
首先，在嵌入式系统中实施低功耗设计策略时，可以从硬件设计和软件设计两个方面进行考虑。
在硬件设计方面，采用低功耗的微处理器和低功耗芯片是提高整体系统功耗效率的关键。
选择适合的电源管理芯片并在设计中合理布局供电线路，可以有效减少功耗的消耗。
此外，通过合理设计系统的时钟频率和使用低功耗组件也是低功耗设计的重要手段。
其次，对于软件设计而言，优化软件算法和程序结构是减少系统功耗的有效途径。
在编写程序时，尽量避免频繁的访问外设和传输数据，可以有效减少系统的功耗。
同时，合理控制系统的进程调度和休眠策略，避免程序长时间运行或者在系统空闲时进入休眠模式，也是保证系统低功耗的必备措施。
另外，在嵌入式系统中，尽量利用硬件加速器来减少系统功耗也是一个有效策略。
通过合理设计硬件加速器的功能和使用场景，可以将部分高功耗任务交给硬件加速器来完成，减轻处理器的计算压力，从而降低系统功耗。
此外，采用合适的传输协议和数据压缩技术，也可以有效减少系统在数据传输时的功耗消耗。
最后，为了实时监测系统功耗情况，可以在系统中集成功耗监测模块，随时监控系统各组件的功耗情况。
通过实时监测系统的功耗消耗情况，可以及时发现系统中存在的功耗瓶颈和问题，从而采取相应措施进行优化，保证系统的最佳功耗状态。
综上所述，嵌入式系统中的低功耗设计策略涉及多个方面，包括硬件设计、软件设计、利用硬件加速器、传输协议选择以及功耗监测等各个环节。
只有在全面考虑各个方面的因素并采取相应措施的情况下，才能够确保嵌入式系统在功耗上取得最佳性能，满足用户对于低功耗和高性能的需求。
低功耗的设计原则健全版
超低功耗电子电路系统设计原则虽然超低功耗设计仍然是在CMOS集成电路(IC)基础上发展起来的，但是因为用户众多，数千种专用或通用超低功耗IC不断涌现，使设计人员不再在传统的CMOS 型IC上下功夫，转而选择新型超低功耗IC，致使近年来产生了多种超低功耗仪表。
电池供电的水表、暖气表和煤气表近几年能够发展起来就是一个证明。
目前，电池供电的单片机则是超低功耗IC的代表。
本文将对超低功耗电路设计原则进行分析，并就怎样设计成超低功耗的产品作一些论述，从而证明了这种电路在电路结构和性价比等方面对传统电路极具竞争力。
1 CMOS集成电路的功耗分析无论是低功耗还是超低功耗IC，主要还是建立在CMOS电路基础上的。
虽然超低功耗IC对单元电路进行了新形式的设计，但作为功耗分析，仍然离不开 CMOS 电路基本原理。
以74系列为代表的TTL集成电路，每门的平均功耗约为10mW；低功耗的TTL集成电路，每门平均功耗只有1mW。
74系列高速 CMOS电路，每门平均功耗约为10μW；而超低功耗CMOS通用小规模IC，整片的静态平均功耗却可低于10μW。
传统的单片机，休眠电流常在 50μA~2mA范围内；而超低功耗的单片机休眠电流可达到1μA以下。
CMOS电路的动态功耗不仅取决于负载，而且就电路内部而言，功耗与电源电压、集成度、输出电平以及工作频率都有密切联系。
因此设计超低功耗电路时不得不对全部元件的内外性质做仔细分析。
CHMOS或CMOS电路的功耗特性一般可以表示为：P=PD+PA式中， P--总功耗PD--静态功耗，PD=VDD·IDD (1)PA--动态功耗，PA=PTC+PC＝VDD·ITC+f·CL·vdd2(2)PTC --瞬时导通功耗PC--输出电容充放电功耗VDD--工作电源电压IDD--静态时由电源流向电路内部的电流ITC--脉冲电流的时间平均值f--输入脉冲重复频率CL--电路输出端的负载电容式(1)为静态功耗表达式。
FPGA设计与应用_大连理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
FPGA设计与应用_大连理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.Xilinx FPGA芯片的核心资源不包括（）。
答案:Flash2.Verilog HDL的常量不包括（）。
答案:枚举型3.最适合做开关级建模的语言是（）。
答案:Verilog HDL4.下列Verilog HDL标识符错误的是（）。
答案:16_bitss5.关于assign语句说法不正确的是（）。
答案:assign语句有可能综合成触发器。
6.关于always语句说法不正确的是（）。
答案:always语句一定综合成触发器。
7.下列不符合可综合设计的描述方法（）。
答案:使用阻塞赋值，使得行为描述语句内实现并行化。
8.下列哪个厂商不是FPGA的制造商（）。
答案:E-ELEMENTS9.ModelSim SE进行Verilog HDL仿真验证非必须的仿真库是（）。
答案:std_ver10.关于if和case语句说法不正确的是（）。
答案:case比if的面积小。
11.在Verilog HDL中，错误的整数表示是（）。
答案:4’200012.关于BlockRam说法正确的是（）。
答案:BlockRam的深度和位宽是可以配置的。
13.下列数据类型声明错误的是（）。
答案:wire data_i [2:0];14.假设向量线网a的值是4’b1001，下列表达式结果等于1的是（）。
答案:~^ a15.下列哪一项不是同步电路设计的优点（）。
答案:节约面积，提高集成度。
16.不属于FPGA设计流程中的仿真环节是（）。
答案:结构仿真17.关于逻辑运算符说法不准确的是（）。
答案:逻辑非（!）与一元非（~）用法完全相同。
18.关于端口说法正确的是（）。
答案:缺省的端口类型是wire型。
19.在always和initial语句中不可以使用的语句是（）。
答案:模块例化语句20.FPGA的配置模式不包括（）。
答案:主从模式21.不属于ChipScope Pro工具的部分是（）。
大连理工大学电路计算机辅助分析实验报告
图 1.1 广义支路示意图
1 1 0 0 0 −1 = A 0 −1 1 0 1 0 0 0 0 −1 −1 1 利用 Matlab 分别求出支路导纳矩阵、支路源电压向量和支路源电流向量，计算结
果如下： 节点电压： Un = [9.6398 1.5301 -14.0771 0]-1
- II -
大连理工大学电路计算机辅助分析实验报告
2. 故障三相电路的仿真 ......................................................................................... 22 二、个人体会和总结 ...................................................................................................... 26 仿真 6 线性电路暂态响应的 Multisim 辅助分析 ........................................................ 27 一、题目及解答 .............................................................................................................. 27 1. 自行设计电路，使下图满足积分条件，观察输入输出电压 ......................... 27 2. 负载减小一半观察输出波形 ............................................................................. 28 3. 设计有源的积分电路，开关断开的时候观察输出的波形 ............................. 28 4. 负载变为原来的一半，观察输出的波形 ......................................................... 29 5. 开关闭合，在观察输出波形 ............................................................................. 30 二、个人体会和总结 ...................................................................................................... 31 结 致 论 .......................................................................................................................... 32 谢 .......................................................................................................................... 33
大连理工大学运筹学习题与答案
(7) min z= 3x1-4x2+x3-2x4
s.t.
2.5以2.1题之（1）为例，具体说明当目标函数中变量的系数怎样改变时，能够：（1）分别使每个极点成为最优点；（2）使该LP问题有多重最优解。
2.6分别举出符合下述情况的LP问题之例：（1）多重最优解；（2）最优解为退化的基本可行解；（3）最优解无界；（8）无可行解。
43
46
42
1 2 1 1 0 0
3 0 2 0 1 0
1 4 0 0 0 1
检验行
.
.
.
1/2 -1/4 0
0 1/2 0
-2 1 1
检验行
(2)已知用单纯形法求解某LP问题，中间某两次迭代的单纯形表如下，试将表中空白处填上适当字符。
Cj
3 5 4 0 0 0
基
解
X1X2X3X4X5X6
2
2
10
1 1 0 1 0 0
成分
甲乙丙丁
氮
磷
钾
3 30 0 15
5 0 20 10
14 0 0 7
单价（元/公斤）
0.04 0.15 0.10 0.13
2.9试用矩阵形式的单纯形法解答下列问题：
（1）已知用单纯形法求解某LP问题所得到的初始单纯形表及最末单纯形表如下，试将表中空白处填上适当字符。
Cj
3 2 5 0 0 0
基
解
X1X2X3X4X5X6
(1) max z=2x1+2x2
s.t.
(2) max z=10x1+5x2
s.t.
(3) max z= 5x1+3x2+2x3+4x4
低功耗CMOS带隙基准源
低功耗CMOS带隙基准源赵玉迎;厚娇;常金;姜久兴;赵波【摘要】本文采用了CSMC 0.18um的标准CMOS工艺，设计了一种工作在亚阈值区的低功耗CMOS带隙基准源，本设计电路是由纯MOS管组成，不包含双极型晶体管，采用工作在线性区的MOS管代替电阻，减少了芯片的面积，工作在亚阈区的MOS管也使得系统的功耗有所降低。
室温下，整个电路系统的电流（包含启动电路）为433.08nA，功耗为649.6nW，版图面积为0.0048mm2，工艺流程与标准CMOS工艺有很好的兼容性。
%This article uses CSMC 0.18µm standard CMOS process technology, a low power CMOS voltage reference was developed using 0.18µm CMOS process technology, The device consists of MOSFET circuit operated in the subthreshold region and used no resistors, the design of the circuit is composed of pure MOS transistors, does not include the transistors, using a strong-inversion of the MOS transistor instead of resistance, greatly reducing the chip area,working in sub-threshold region MOS transistors also makes the system power consumption is greatly reduced. At room temperature, the current overall circuit (including start-up circuit) is about 433.08nA, the power is 649.6nW, the layout area is 0.0048mm2, process have good compatibility with standard CMOS process.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2015(000)023【总页数】4页(P27-30)【关键词】带隙基准;低功耗;亚阈值区【作者】赵玉迎;厚娇;常金;姜久兴;赵波【作者单位】哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学;哈尔滨理工大学【正文语种】中文便携式电子产品已经成为当今消费者的重要需求，SoC技术的广泛应用已经成为当今发展的重要趋势，低功耗是SoC系统的发展目标[1]。
数字电路与系统_大连理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
数字电路与系统_大连理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.ASM图是数字系统控制过程的算法流程图，表示了所有操作的准确时间序列，精确到一个时钟周期。
参考答案:正确2.把256×2的RAM，扩展成256×4的RAM，需要2片256×2的RAM。
参考答案:正确3.设计三种图案彩灯控制系统的控制器。
三种图案彩灯依次循环亮，其中苹果形图案灯亮16 s，香蕉形图案灯亮12 s，葡萄形图案灯亮9 s。
用逻辑变量A、B、G分别表示苹果灯、香蕉灯、葡萄灯。
用逻辑变量X、Y、Z分别表示计时信号16s、12s、9s。
下列ASM图正确表示了该灯光控制系统。
【图片】参考答案:错误4.计数器不是时序逻辑电路。
参考答案:错误5.已知有DAC电路，如下图所示。
其中【图片】，【图片】=5伏，当输入二进制数为110时，输出电压是多少？【图片】参考答案:-3.75 伏6.观察下列电路，Vref=10伏，如果输入二进制数为1000000000时，输出电压多少？【图片】参考答案:0 伏7.一般来说，时序逻辑电路由组合电路和触发器两部分组成。
参考答案:正确8.74161是一款模15的计数器。
参考答案:错误9.74163是异步清零、同步置数的计数器。
参考答案:错误10.如果用卡诺图化简逻辑函数，拟得到最简或与式，应该在卡诺图上圈0。
参考答案:正确11.具有直接输入端的触发器，其直接输入端有最高优先权，可以直接决定触发器的状态。
参考答案:正确12.在用卡诺图求逻辑函数的最简与或式的时候，如果有一个圈中的1都被别的圈包含了，那么可以断定：这个圈是多余的。
参考答案:正确13.用74290实现模40的计数器，至少需要2片74290。
参考答案:正确14.把石英晶体加入多谐振荡器电路中，其目的是让频率更稳定。
参考答案:正确15.观察下图，该多路数据选择器完成的逻辑函数是【图片】【图片】参考答案:正确16.已知一个数字系统，有5个独立状态。
化工原理实验_大连理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
化工原理实验_大连理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.燃烧必须具备可燃物、助燃物和点火源三大条件，缺一不可。
因此，可以采取尽量隔离的方式来防止实验室火灾发生。
参考答案:正确2.流体阻力实验中，必需用到的主要设备包括参考答案:离心泵、阀门、流量计、差压变送器、温度传感器3.为保证板式精馏塔具有较高的塔板效率，工业精馏塔塔板上主要的气液相接触状态为参考答案:泡沫态_喷射态4.流量计校正实验中，可以采用的流量测定方法有参考答案:待测流量计与标准流量计串联_使用置于电子称上方的容器收集液体，计量单位时间收集的液体质量_使用带刻度的容器收集液体，计量单位时间收集的液体体积5.下列流量计中，可以水平安装的流量计有参考答案:文丘里流量计_孔板流量计_涡轮流量计6.实验中如果出现了异常现象或实验数据有明显误差，正确的做法是参考答案:和指导教师一起研究异常现象发生的原因，解决问题_在数据记录中如实注明_对异常现象或有明显误差的数据做出合理的分析、解释7.在进行球阀的局部阻力测试时，可以通过管路系统中的（）调整流量参考答案:管路系统中除待测球阀之外的其他阀门开度8.在实验室发生事故时，现场人员应迅速组织、指挥，切断事故源，尽量阻止事态蔓延、保护现场；及时有序的疏散学生等人员，对现场已受伤人员做好自助自救、保护人身及财产。
参考答案:正确9.为方便进出专人管理的设备房间，可自行配制钥匙。
参考答案:错误10.实验室内可以堆放个人物品。
参考答案:错误11.为了预防电击（触电），电气设备的金属外壳须接地，最好是埋设接地电阻很小专用线。
参考答案:正确12.动某些非固定安装的电气设备时（如电风扇，照明灯），可以不必切断电源。
参考答案:错误13.有易燃易爆危险品的实验室禁止使用明火。
参考答案:正确14.从事特种作业（如电工、焊工、辐射、病原微生物等）的人员，必须接受相关的专业培训通过考核并持有相应的资质证书才能上岗。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2. 降低功耗的措施综述
1) 功耗产生的原因
P=U*I
3
与功耗有关的因素:
（1）电阻上消耗的功率 （2）有源器件的开关转换阶段 （3）集成电路内部和外部电容的充放电 （4）系统的性能指标、负载能力、被处理信号的
工作频率、电路的工作频率、电源的管理水平、 零部件的性能、散热条件、接口的物理性能等 对系统功耗起着重要的作用。
嵌入式系统中，CPU的运行时间对系统 的功耗影响极大，故应尽可能的缩短CPU 的工作时间，较长地处于空闲方式或掉电 方式是软件设计降低单片机系统功耗的关 键。在开机时靠中断唤醒CPU，让它尽量 在短时间内完成对信息或数据的处理，然 后就进入空闲或掉电方式，在关机状态下 让它完全进入掉电方式，用定时中断、外 部中断或系统复位将它唤醒。
第81章低功耗设计问题大连理工大学精品课程建
设工程
1
8.1.1 低功耗设计应用的意义 1、低功耗设备的要求
1）首先要求体积小、重量轻、便于携带。 2）采用低功耗电路的设计方法，以降低系统的功耗。
它除了选用各种低功耗的器件和芯片外，还在满 足速度等性能指标的前提下，进行降低功耗的硬 件电路设计和软件设计。 3）有的系统应用在交流供电比较困难，甚至无法用 交流供电的场合，因而各种电池（瓶）就成为其 主要供电手段。 4）采用LCD液晶显示器。 5）采用RS232C串行通信接口。 6）采用微功耗、高抗干扰的CMOS集成电路。
8.1.3 软件系统的低功耗设计
1、编译低功耗优化技术不同的指令执行的时间不 同，消耗的功率不同。采用编译优化：
（1）代码大小 （2）执行时间 （3）节省功率
目前实现起来比较困难
2、硬件软件化
只要是硬件电路，必然消耗功率
方案
硬件完成的工作由软件实现：信号的抗干扰处理、
滤波等
13
3、尽量减少处理器的工作时间
17
8、使用睡眠方式
许多MPU设有低功耗模式，即睡眠方式 （SLEEP)。使用MPU的睡眠方式可以减少单 片机的工作时间，降低处理机的功耗。
便携式智能仪器在较长时间不进行测量采 样和数据处理时，可以让MPU执行一条 “SLEEP”指令，进入低功耗模式。
18
9、静态显示
LED显示方式
静态
需要的电路多 电路消耗功率
10
7、 降低处理器的时钟频率
11
8、降低系统的持续工作电流 在一些机电系统设计中，尽量使系统在
状态转换时消耗电流，在维持工作时刻不 消耗电流。例如IC卡水表、煤气表等，在 打开和关闭开关时给相应的机构上电，开 关的开和关状态通过机械机构保持，而不 通过电流保持，可以进一步降低电能的消 耗。
12
这种设计软件的方法是所谓的事件驱动 的程序设计方法。
14
4、采用快速的算法
数字信号处理中的运算，采用如FFT和快速卷积 等，可以大量节省运算时间，从而减少功耗；
在精度允许的情况下，使用简单函数代替复杂函数 作ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ似，也是减少功耗的一种方法。
5、通信系统中提高通信的波特率
在多机通信中，通过对通信模块的合理设计，尽 量地提高传送的波特率（即每秒钟串行口传送的数 据位数）提高通信速率，意味着通信时间的缩短。
6
8.1.2 硬件系统的低功耗设计
嵌入式系统的功耗主要由以下3部分组成：
（1）嵌入式处理器的功耗 （2）存储器的功耗 （3）外部设备的功耗
7
1、选择低功耗的器件
CMOS电路的特点和选用
不用的引脚的处理-输出为高原则 选用高速低频工作方式
与电磁兼容性矛盾
选用低功耗的处理器 选用低功耗的通信收发器(网络功能） 选用低功耗的存储器件 2、选择低功耗的电路形式
发送、接收均应采用外部中断处理方式，而不采用 查询方式。
15
6、数据采集系统中尽量降低采集的速率 A/D转换需要消耗功率，采集的速度快，则
消耗的功率多 产生的数据量大，处理数据需要大量的CPU时间，
消耗功率 数据处理，抗干扰处理等 数据的传输需要消耗功率
16
7、软件设计成中断驱动方式
4
2) 降低功耗的措施
功耗的组成：动态+静态
动态电源管理 动态电压缩放 低功耗硬件设计 低功耗软件设计
5
3) 元件工艺的低功耗
1. 在集成电路设计中采用低功耗的电路设计 2. 电源设计 3. 存储器(SDRAM、ROM)的高速化与低功耗 4. 高集成度的完全单片化设计 5. 内部电路可选择性地工作 6. 宽电源电压范围 7. 具有高速和低速两套时钟 8. 在线改变CPU的工作频率 9. 后备功能(idle, power-down) 10. 使用低功耗的元件
显。
缺点：降低了系统的动态范围
数字器件
降低电源电压，一般不会有性能影响。
4、分区供电降低功耗
5、传感器分时供电
9
6、电源管理单元的设计考虑 （1）全速工作：消耗的功率最大 （2）空闲方式 处理器的工作停止 可以响应中断 可以通过中断退出 （3）掉电方式 不响应中断，只能复位退出。
动态
需要软件刷新扫描 刷新操作消耗功率
综合计算，选择方案
19
8.1.4 电池供电系统设计
使用电池的考虑
工作电压范围多大？ 电流消耗速率为多少？ 是否有尺寸约束？ 系统将使用多长时间？ 可以承受的电池价格是多少？ 系统在什么温度范围工作？
20
集成化的电路有利于降低功耗 集成化器件比分离件功耗低
降低晶振电路的工作频率 会降低系统的性能
8
3、单电源、低电压供电模拟器件
例：运算放大器LM324，其单电源电压工作范 围为5-30V，当电源电压为15V时，功耗约为 220mW；当电源电压为10V时，功耗约为 90mW；当电源电压为5V时，功耗约为15mW。 低电压供电对于减低器件电流消耗的作用十分明