需更換電池的倒計時數字定時器

　　只需 MCU、LCD、32kHz 晶振以及一個電阻即可構成一部基本的倒計時定時器，而且只需一顆普通的鈕扣電池就能實現連續超過 10 年的工作時間。有兩大關鍵性設計可最小化功耗并盡可能延長電池使用壽命，一是認真選擇電池，二是充分利用 MCU 的低功耗模式。

　　我們之所以選擇 CR2032 鋰離子鈕扣電池，主要是因為它占地較小，可以支持便攜式應用，放電曲線較平，可直接驅動LCD，無需補償，而且漏電極低，能夠實現更長的工作時間。典型的 CR2032 額定容量為 ~200mA，工作時間可維持數小時。為了實現連續工作 10 年的設計目標，平均系統電流消耗應不得超過 2.28μA，電流消耗的計算方式為電池能量值除以應用的工作壽命，如下所示：

　　我們選擇MCU是由于其待機電流極低，僅為 0.8μA，并且還包含了晶體振蕩器、集成LCD驅動器和中斷驅動喚醒定時器等。3? 英寸的 LCD 顯示屏會增加 1μA 的系統電流消耗。整個工作期間的倒計時定時器的總待機流耗如下：

　　通常情況下，MCU 工作在待機模式中，時鐘晶體頻率為32kHz的計時器觸發一秒中斷，使 MCU 返回工作主循環 (Mainloop)，主循環采用可顯著降低軟件開銷的直接 BCD 減法以實現軟件倒計時寄存器的遞減。我們向軟件倒計時定時器添加十進制的 99h，實際減去的數為 1。直接 BCD 減法不僅有效，而且還可使倒計時直接顯示在 LCD 上，不用再進行耗費電流的二進制 BCD 減法運算。軟件接下來在 LCD 上顯示倒計時寄存器中的值。最后，倒計時寄存器中的值將與零相比較，以決定預編程的時段是否已經到期，如果到期，那么將顯示超時信息。主循環要求 CPU 及片上高速振蕩器在 250μA 的電流消耗下工作。不過，由于我們在編寫軟件時已經將循環計數減至 100 以下，也就是說，在默認的 1MHz CPU 頻率下相當于 100μs，因此在這樣短的工作時間內，主循環所增加的電流消耗幾乎可以忽略不計，其計算如下：

　　倒計時數字定時器的總電流消耗為待機與主循環電流消耗之和：

　　由于平均電流消耗達到 1.8μA ，這款倒計時定時器輕易地實現了電流消耗為 2.28μA 以下的設計目標，從而能夠連續工作 10 年以上。既然電池使用壽命可達 10 年，那么我們在設計倒計時定時器時就可采用不可替換的電池，從而簡化了構造，同時也降低了單位成本。由于大量 MCU 功能及引腳都未使用，因此我們還可用其添加額外特性。實施計數器所需的固件相當小，只在 MCU 的 8k 字節閃存上占用不到 250 字節。