浅谈如何降低arduino uno和pro mini 时钟频率

酥糖

很多的arduino项目里都是用电池供电的，如何降低损耗，让设备使用周期延长呢？

本文将讲述如何通过降低arduino的芯片时钟频率，来达到节能的效果。

那么，降低到多少频率才能算是节能呢？文末揭晓测试结果

先附送调整arduino的时钟频率代码：

[mw_shl_code=cpp,true]

/*********************************************
* 目的：降低arduino时钟频率，用来节能
* 作者：酥糖
* 时间：2017.06.18
* 功能：将arduino频率16MHZ分为n份，每分16/n MHZ。
*********************************************/
#include <Prescaler.h>
void setup()
{
pinMode(13,OUTPUT);
setClockPrescaler(CLOCK_PRESCALER_1);
}
//此处将时钟频率16MHZ分为n份，CLOCK_PRESCALER_n;
//n通常设为1、2、4、8、16……


void loop(){
digitalWrite(13,HIGH);
trueDelay(1000);
digitalWrite(13,LOW);
trueDelay(5000);
}

/***************************************
* 常数 时钟频率 参考电流
* CLOCK_PRESCALER_1 16MHZ 7.8mA
* CLOCK_PRESCALER_2 8MHZ 5.4mA
* CLOCK_PRESCALER_4 4MHZ 4.0mA
* CLOCK_PRESCALER_8 2MHZ 3.2mA
* CLOCK_PRESCALER_16 1MHZ 2.6mA
* CLOCK_PRESCALER_32 500KHZ 2.3mA
* CLOCK_PRESCALER_64 250KHZ 2.2mA
* CLOCK_PRESCALER_128 125KHZ 2.1mA
* CLOCK_PRESCALER_256 62.5KHZ 2.1mA
*****************************************/[/mw_shl_code]

代码中用到的库：

Prescaler.zip (1.59 KB, 下载次数: 111)

2017-8-25 01:04 上传

点击文件名下载附件
Prescaler

下面是对代码进行测试；

本次测试的对象是UNO和PRO MINI两个：

uno正面

反面，来个特写，这个是某宝某宙家的，当时买了个套装两百多，

用了半月就觉得亏了，还不知道能不能回本。。。。

uno反面

Pro mini，支持3.3v~12v和5.0v输入

mini

测试用的电源插头是苹果原装5v1a的，纹波很稳定；

测试时表现的也很不错，波动在0.1mV，讲真，贵有贵的道理~~~

苹果插头

烧录pro mini的设备是某宝的USB转TTL，支持重启、5v、3.3v等等……

USB-TTL

下面，是本次测试用到的关键工具：POWER-Z，功能强大的一塌糊涂啊……

power-z

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下面进入测试环节：

空载

空载电压，5.1027V,很稳定，几乎没有波动。

mini 空载

USB转TTL空载时是耗些电的，8.2mA，最终计算时会减掉这部分功耗的。

先测试UNO：

uno

用的是上面的代码，分别测试16MHZ、8MHZ、4MHZ、2MHZ……时钟频率下的

电压、电流、功率还有耗电能力。

下面的是UNO 5V电压下各个时钟频率的功耗结果：

时钟频率	电压V	待机电流A	待机功率W	耗时s	容量mAh	电度mWh	运行电流mA	运行功率W
0HZ	5.1046	0	0	-	-	-	-	-
16MHZ	5.1021	0.0524	0.2653	49.4	0.6817	3.4458	49.68	0.25
8MHZ	5.1021	0.0476	0.2397	49.2	0.6078	3.0689	44.47	0.22
4MHZ	5.1021	0.0454	0.2295	47.9	0.5636	2.8432	42.36	0.21
2MHZ	5.1021	0.0437	0.2193	48.7	0.5568	2.8031	41.16	0.21
1MHZ	5.1021	0.0428	0.2142	48.9	0.5503	2.7657	40.51	0.20
500KHZ	5.1021	0.0424	0.2142	49.6	0.5509	2.7795	39.98	0.20
250KHZ	5.1021	0.0420	0.2142	50.5	0.5578	2.8214	39.76	0.20
125KHZ	5.1021	0.0420	0.2142	60.3	0.6652	3.3528	39.71	0.20
62.5KHZ	5.1021	0.0418	0.2091	48.6	0.5367	2.6953	39.76	0.20

待机电流、功率是板载LED未点亮时候的读数，“耗时”是在该时间段内消耗的mAh和mWh，根据这些，换算成平均的运行电流、运行功率；

PS：上面给的程序是点亮LED，点亮LED比不点亮耗电多一些。

插上MINI：

mini

下面的是PRO MINI 接入5V电压下各个时钟频率的功耗结果（原始测量数据，未减去空载电流）：

时钟频率	电压V	待机电流A	待机功率W	耗时s	容量mAh	电度mWh	运行电流mA	运行功率W
0HZ	5.1034	0.0082	0.0408	-	-	-	-	-
16MHZ	5.1028	0.0268	0.1326	77.8	0.5464	2.7520	25.28	0.13
8MHZ	5.1033	0.0217	0.1071	69.3	0.4086	2.0320	21.23	0.11
4MHZ	5.1033	0.0197	0.0969	75.6	0.4041	1.9955	19.24	0.10
2MHZ	5.1033	0.0181	0.0918	77.4	0.3773	1.8774	17.55	0.09
1MHZ	5.1033	0.0171	0.0867	66.4	0.3091	1.5467	16.76	0.08
500KHZ	5.1033	0.0166	0.0816	74.4	0.3316	1.6470	16.05	0.08
250KHZ	5.1033	0.0164	0.0816	79.6	0.3519	1.7552	15.92	0.08
125KHZ	5.1033	0.0154	0.0765	69.7	0.2965	1.4629	15.31	0.08
62.5KHZ	5.1033	0.0164	0.0816	72.2	0.3237	1.5999	16.14	0.08

下面的是PRO MINI 接入3.3V电压下各个时钟频率的功耗结果（原始测量数据，未减去空载电流）：

时钟频率	电压V	待机电流A	待机功率W	耗时s	容量mAh	电度mWh	运行电流mA	运行功率W
0HZ	5.1034	0.0082	0.0408	-	-	-	-	-
16MHZ	5.1028	0.0167	0.0816	45.1	0.1949	0.9546	15.56	0.08
8MHZ	5.1033	0.0143	0.0714	38.7	0.1426	0.7100	13.27	0.07
4MHZ	5.1033	0.0130	0.0663	34.0	0.1134	0.5674	12.01	0.06
2MHZ	5.1033	0.0120	0.0561	36.1	0.1112	0.5529	11.09	0.06
1MHZ	5.1033	0.0115	0.0561	40.4	0.1187	0.5794	10.58	0.05
500KHZ	5.1033	0.0112	0.0561	38.2	0.1116	0.5556	10.52	0.05
250KHZ	5.1033	0.0111	0.0561	33.3	0.0989	0.4918	10.69	0.05
125KHZ	5.1033	0.0110	0.0561	45.4	0.1309	0.6571	10.38	0.05
62.5KHZ	5.1033	0.0110	0.0561	32.2	0.0891	0.4471	9.96	0.05

最后的最后，是换算后汇总（上面是实测数据）：

因为在拔掉UNO和mini后，计时量仍然多计算了4s，这里将所测的时间全部减去4s，

UNO在各个频率下的功耗如下：

时钟频率	运行电流mA	运行功率W	待机电流mA	待机功率W
0HZ	-	-	-	-
16MHZ	54.06	0.273	52.40	0.265
8MHZ	48.41	0.244	47.60	0.240
4MHZ	46.22	0.233	45.40	0.230
2MHZ	44.84	0.226	43.70	0.219
1MHZ	44.12	0.222	42.80	0.214
500KHZ	43.49	0.219	42.40	0.214
250KHZ	43.18	0.218	42.00	0.214
125KHZ	42.53	0.214	42.00	0.214
62.5KHZ	43.32	0.218	41.80	0.209

PRO MINI在5v电压下各个频率功耗如下（已经减去空载电流和功率）：

时钟频率	运行电流mA	运行功率W	待机电流mA	待机功率W
0HZ	-	-	-	-
16MHZ	18.45	0.093	18.60	0.092
8MHZ	14.33	0.071	13.50	0.066
4MHZ	12.12	0.060	11.50	0.056
2MHZ	10.31	0.051	9.90	0.051
1MHZ	9.63	0.048	8.90	0.046
500KHZ	8.76	0.043	8.40	0.041
250KHZ	8.56	0.043	8.20	0.041
125KHZ	8.05	0.039	7.20	0.036
62.5KHZ	8.89	0.044	8.20	0.041

PRO MINI在3.3v电压下各个频率功耗如下（已经减去空载电流和功率）：

时钟频率	运行电流mA	运行功率W	待机电流mA	待机功率W
0HZ	-	-	-	-
16MHZ	8.87	0.043	8.50	0.041
8MHZ	6.59	0.033	6.10	0.031
4MHZ	5.41	0.027	4.80	0.026
2MHZ	4.27	0.021	3.80	0.015
1MHZ	3.54	0.017	3.30	0.015
500KHZ	3.55	0.018	3.00	0.015
250KHZ	3.95	0.020	2.90	0.015
125KHZ	3.18	0.016	2.80	0.015
62.5KHZ	3.17	0.016	2.80	0.015

差不多了，最后来一个全家福：

全家福

第一次发帖，有不足的地方还请指正。

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我们做低功耗开发基本上模块到手就拆LED，一个20ma

Zoologist

很好的研究啊

酥糖

NoComment 发表于 2017-8-25 09:15
我们做低功耗开发基本上模块到手就拆LED，一个20ma

为什么不重新设计一块电路板呢？专门电池供电充电的那种？

NoComment

酥糖 发表于 2017-8-25 21:13
为什么不重新设计一块电路板呢？专门电池供电充电的那种？

主要是我吃过很多次直接打最终PCB的亏，供电错了、电流不够、通讯协议对不上等等，所以有必要做一块原型板，先调通程序，再把万能板线路抄成PCB。
初期直接上PCB调试比较不经济，万一哪里有个小错这一批板子要么手工维修要么全部作废。

const

应该再测测休眠模式和standby模式

shanqln

学习了。。。谢谢。。。。

皮锤宝

发现一个问题，时钟一变串口波特率，延时，pwm，tone（）等与时间有关的都受影响