Энергопотребление ATmega328P при тактировании от внутреннего RC-генератора

Сегодня я решил провести небольшой эксперимент по снижению энергопотребления микроконтроллера ATmega328P - именно он используется в большинстве популярных плат Ардуино. Я настроил его на тактирование от внутреннего RC-генератора и вынул из Ардуино, чтобы уменьшить  энергопотребление. О том, что из этого получилось, читайте далее.

Для экспериментов я включил ATmega328P без какой-либо обвязки. Чтобы не отвлекаться на разъяснения относительно обвязки, я посвятил этому вопросу отдельную статью. Процедура настройки ATmega328P на тактирование от внутреннего RC-генератора также была описана ранее.

Итак, сперва я замерил потребление микроконтроллера в активном режиме при различных значениях напряжения питания. Результат представлен на графике:

Следующие измерения я провел в режиме энергосбережения PowerDown с отключенными АЦП и BOD (детектор пониженного напряжения питания). Ниже приведены использованные скетчи и график с результатами измерений при работающем/отключенном сторожевом таймере.

Скетч для перехода в спящий режим (АЦП, BOD и сторожевой таймер выключены):

#include <avr/sleep.h>

void setup() {

}

void loop() {
  ADCSRA &= ~(1 << ADEN); // Отключаем АЦП
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); //Устанавливаем интересующий нас режим
  sleep_enable();
  // Отключаем детектор пониженного напряжения питания 
  MCUCR != (1 << BODS) | (1 << BODSE);  
  MCUCR &= ~(1 << BODSE);
  sleep_cpu(); // Переводим МК в спящий режим
  sleep_disable();
}

Скетч для перехода в спящий режим (АЦП и BOD выключены, сторожевой таймер активен):

#include <avr/wdt.h>
#include <avr/sleep.h>

void setup() {

}

void loop() {
  ADCSRA &= ~(1 << ADEN); // Отключаем АЦП
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); //Устанавливаем интересующий нас режим
  sleep_enable();
  wdt_enable(WDTO_8S); //Задаем интервал сторожевого таймера (8с)
  WDTCSR |= (1 << WDIE); //Устанавливаем бит WDIE регистра WDTCSR для разрешения прерываний от сторожевого таймера
  // Отключаем детектор пониженного напряжения питания 
  MCUCR != (1 << BODS) | (1 << BODSE);  
  MCUCR &= ~(1 << BODSE);
  sleep_cpu(); // Переводим МК в спящий режим
  sleep_disable();
  delay(2000);
}

ISR (WDT_vect) {
  wdt_disable();
}

С отключенным сторожевым таймером ATmega328p потребляет около 0,1мкА. Напомню, что с аналогичным скетчем на Arduino Pro Mini я добился потребления 136мкА. Также ради интереса я замерил потребление без отключения АЦП и BOD - оно составило 90..140мкА. Поэтому советую отключать эти модули перед уходом микроконтроллера в сон. При необходимости АЦП можно будет снова включить следующей командой:

ADCSRA |= 1 << ADEN; // Включаем АЦП

Итак, что можно сказать в заключение? Во-первых, очевидно, что для устройств, предназначенных для автономной работы от аккумуляторов (батарей), целесообразно использовать не Ардуино, а отдельные микроконтроллеры. Во-вторых, эта и предыдущие две публикации показали, что работать с ATmega328P без Ардуино не так уж сложно, его по-прежнему можно программировать из среды разработки Ардуино (установив обратно в плату или воспользовавшись USB-UART преобразователем). Кроме того микроконтроллер компактнее и дешевле чем Ардуино. Поэтому я советую обзавестись парой-другой AVR микроконтроллеров и использовать их при создании законченных устройств.