Režimy se sníženou spotřebou

U aplikací, kde není vyžadována soustavná činnost a jsou kladeny přísné požadavky na spotřebu energie, je obvykle nutné u procesorů využívat režimů se sníženou spotřebou. Procesory řady 8051 umožňují v závislosti na tom, v jaké technologii jsou vyrobeny, režimy se sníženým příkonem a se sníženým napájením. U starých procesorů vyrobených technologií HMOS je snížení příkonu možné pouze z režimu s vypnutým napájením, při kterém chceme uchovat obsah paměti RAM na čipu. Pro tento účel byl procesor vybaven vstupem pro pomocný (záložní) zdroj napětí Upd sdruženým se vstupem nulování RST. Zjistí-li uživatelský systém, že dochází k poklesu napájecího napětí, musí přerušit činnost procesoru a přesunout důležité údaje do paměti RAM na čipu procesoru. Potom připojí zdroj záložního napětí na vstup RST a vygeneruje tak nulování procesoru (RESET).
Tato činnost musí být ukončena dříve, než napětí Ucc poklesne pod spodní hranici provozního napětí určeného výrobcem. Po opětovném naběhnutí napájecího napětí musí zůstat záložní napájení připojeno tak dlouho, dokud nedojde ke spolehlivé činnosti oscilátoru procesoru (10msec.) a Ucc nedosáhne alespoň spodní úrovně provozního napětí. Po splnění všech podmínek může být záložní napětí odpojeno a procesor může zahájit normální činnost.

Moderní procesory vyrobené CMOS technologií jsou vybaveny dvěma režimy se sníženým příkonem, do kterých lze procesor uvést nastavením příslušných bitů v registru PCON. Vstupem, na který se přivádí záložní napájení, je vývod pro vlastní napájení Ucc.
PCON - Registr řízení napájení
Rozložení bitů v registru PCON je následující:

      Registr řízení napájení obsahuje u jádra mikroprocesoru 80(C)51 jeden nebo tři bity. První odlišností tohoto registru od všech předchozích je to, že není bitově adresovatelný a jeho obsah musí proto být měněn zápisem celého nového bytu. Nejvyšší bit SMOD nemá s řízením napájení žádnou souvislost a je pouze doplňujícím bitem pro řízení sériového kanálu sloužícím ke zdvojnásobení jeho přenosové rychlosti. Jedná-li se o procesor, který je vyroben HMOS technologií, potom je tento bit jediným bitem využívaným z registru PCON.
      U procesorů vyrobených technologií CMOS jsou využívány další dva bity označené PD (power down) a IDL (idle mode), které slouží k uvedení procesoru do módu se sníženou spotřebou. Instrukce, která nastaví bit IDL do log.1 je poslední instrukcí provedenou před přechodem do tzv. Idle módu. U tohoto módu jsou všechny aktivity jádra procesoru zastaveny. Oscilátor i periferní obvody jako je sériový kanál, časovače, atd. pokračují v práci dál. Zůstává zachován stav procesoru jako je ukazatel zásobníku, programový čítač, stavové slovo, střadač i zbývající speciální registry a vnitřní stav datové paměti RAM. Stavy vstupně/výstupních bran drží svůj logický stav, jaký měli v době přechodu do idle módu. Signály ALE a neg.PSEN se stávají neaktivní. Uvedený mód, při kterém klesne spotřeba obvodu na cca 15mA, lze opustit přijetím libovolného nezamaskovaného přerušení některé z periferií nebo vynulováním procesoru. Přijetí přerušení obvodově nuluje bit IDL a procesor obslouží příslušné přerušení a přejde do normální činnosti. Po provedení instrukce RETI a ještě jediné instrukce může být znovu uveden do módu idle.
     Nastavením bitu PD do log.1 uvedeme procesor do tzv. Power down módu, u kterého je zastavena činnost celého procesoru včetně všech periferií i oscilátoru a díky tomu se sníží odběr ze zdroje až na desítky mikroampér. Stejně jako v předcházejícím módu je instrukce, která nastaví bit PD do log.1 poslední vykonanou instrukcí před přechodem do power down módu. Zůstává zachován stav registrů speciálních funkcí a vnitřní paměti RAM. Oproti předcházejícímu případu nemohou být generována přerušení od vnitřních periferií a procesor může uvedený mód opustit pouze vynulováním. Tato funkce však znovu definuje obsah všech registrů speciálních funkcí, obsah paměti RAM se nezmění. V tomto režimu může dále být snížen odběr snížením záložního napětí až na hodnotu 3,3 V. S výhodou tak lze použít obvodů např. MAX690 až MAX696 sdružujících watchdog, komparátor napětí a přepínač záložního napájení.