Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ATtiny: Stromverbrauch mit / ohne Clock-Prescaler

Die Stromaufnahme hängt fast linear von der Taktfrequenz am, weil bei 
jedem Takt ein Häppchen Strom verbraucht sind.

Dazu kommt die feste Takt-Unabhängige Stromaufnahme von

a) Watchdog, falls eingeschaltet (3 bis 7 µA)
b) Brown-Out Detektor, falls eingeschaltet (15 bis 25 µA)
c) ADC, kann man abschalten (150 µA)
d) Oszillator
e) Diverse Leckströme, stark Temperaturabhängig (0,05 bis ca 1µA)

Vielen Dank für die Erklärungen, jetzt weiß ich, in welches Diagramm ich 
schauen muss.
Die nicht benötigten Module wie ADC usw. habe ich auch schon 
abgeschaltet.

Eine bisher ungeklärte Frage ist aber, wie ich mit dem Takt noch weiter 
runter gehen kann. Per Register (CLKPR) kann der Prescaler ja noch 
vergrößert, also der Takt verringert werden.

Das Problem: In der Arduino-IDE kann ich für den ATtiny85 als kleineste 
Frequenz 1 MHz bzw. 128 kHz einstellen. Mit dem Prescaler hätte ich gern 
250 kHz eingestellt, das reicht für meine Anwendung allemal und würde 
noch etwas mehr Batterie sparen.
Leider funktioniert das Programm dann nicht mehr, vermutlich wegen den 
eingebundenen Bibliotheken.

Ich habe auch schon einige Varianten wie z.B.

1

#define F_CPU 250000UL

oder

1

#ifdef F_CPU

2

#undef F_CPU

3

#define F_CPU 1000000L

4

#endif

versucht, alles ohne Erfolg.

Naja, wahrscheinlich wird es mir nicht gelingen, die letzten paar uA 
einzusparen...

Oder gibt es eine Möglichkeit, die Arduino-IDE dazu zu bringen, dass sie 
noch andere Frequenzen zur Auswahl bietet?

Wenn du den Mikrocontroller mit dem 128 kHz Oszillator taktest, wird die 
ISP Schnittstelle so langsam, dass viele Programmieradapter damit 
versagen.

Tim schrieb:
> hätte ich gern 250 kHz eingestellt
> Leider funktioniert das Programm dann nicht mehr, vermutlich wegen den
> eingebundenen Bibliotheken.

Was genau heißt denn in deinem Fall "funktioniert nicht mehr"?

> #define F_CPU 250000UL

F_CPU muss mit der tatsächlichen Taktfrequenz überein stimmen, weil der 
Wert verwendet wird, um Baudraten und Timings zu berechnen. F_CPU wird 
normalerweise nicht im Quelltext eingestellt (dann ergibt sich nämlich 
die Frage: in welchem Quelltext?), sondern per Kommandozeilenparameter 
an den Compiler übergeben. Auch bei Arduino.

Man kann einen Prozessor auch "in Schlaf schicken" (sleep modes), wenn 
es nichts zu tun gibt.

just my 2ct

Bedenke, dass alle drei Oszillatoren (128 kHz, 8 Mhz und Quarz) ungefähr 
gleich viel Strom aufnehmen, wenn sie laufen.

Es macht fast keinen Unterschied, ob du einen 16 Mhz Quarz durch 128 
teilst oder den 128 kHz Oszillator verwendest.

Aber der Quarz hält seine Frequenz viel genauer ein.

Manchmal kann es Sinn machen, mit maximaler Frequenz zu arbeiten (z.B. 
der Tiny85 kann maximal 16,5MHz intern(?)), aber dafür dann umso längere 
Schlafphasen einzulegen.
Zumindest hält man so die Reaktionszeiten möglichst klein.

EAF schrieb:

> Manchmal kann es Sinn machen, mit maximaler Frequenz zu arbeiten (z.B.
> der Tiny85 kann maximal 16,5MHz intern(?)), aber dafür dann umso längere
> Schlafphasen einzulegen.
> Zumindest hält man so die Reaktionszeiten möglichst klein.

Jain. Leider ist es nämlich so, dass bei diesen Dingern mit PLL-Takt 
zwar der eigentliche Taktgenerator sehr schnell wieder da ist, die PLL 
aber einige Zeit braucht, bis sie wieder einen stabilen Takt zu liefern 
vermag.

Die nötige Aufwachzeit liegt irgendwo zwischen reinem RC-Takt und 
Quarztakt, aber auf jeden Fall sehr deutlich über dem reinen RC-Takt.

Sprich: die Idee, mittels höherem Takt schneller wieder schlafen gehen 
zu können und/oder kürzere Responsezeiten zu haben, kann deutlich nach 
hinten losgehen...

Stefan Frings:
> Bedenke, dass alle drei Oszillatoren (128 kHz, 8 Mhz und Quarz) ungefähr
> gleich viel Strom aufnehmen, wenn sie laufen.
>
> Es macht fast keinen Unterschied, ob du einen 16 Mhz Quarz durch 128
> teilst oder den 128 kHz Oszillator verwendest.

Dieses "fast" wollte ich denn doch quantifiziert haben:

1

ATtiny85 mit Takt 128 kHz

2

       Quarz    intern.

3

       16 MHz   128 kHz

4

5

5.0 V  576 uA   128 uA

6

3.0 V  391 uA    64 uA

S. Landolt schrieb:
> Dieses "fast" wollte ich denn doch quantifiziert haben:

OK, macht doch einen deutlichen Unterschied. Das hatte ich falsch in 
Erinnerung. Danke für die Korrektur.

Zum Vergleich wäre der 8 Mhz R/C Oszillator in deiner Auflistung noch 
hilfreich gewesen.

Stefan Frings:
> Zum Vergleich wäre ... noch hilfreich gewesen.

Also eigentlich wäre das ja Ihre Aufgabe gewesen! (und vielleicht 
messe ich ja auch falsch)

1

ATtiny85-20PU (1706) mit Takt 128 kHz

2

       Quarz    intern.  intern.

3

       16 MHz    8 MHz   128 kHz

4

5

5.0 V  576 uA   357 uA   128 uA

6

3.0 V  391 uA   204 uA    64 uA

S. Landolt schrieb:
> Also eigentlich wäre das ja Ihre Aufgabe gewesen!

Das stimmt. Ich habe die Infos allerdings nicht im Datenblatt gefunden, 
nur die Gesamt-Stromaufnahme mit bestimmten Oszillatoren.

Danke für deine Hilfe, wo hast du die Angaben gefunden?

> wo hast du die Angaben gefunden?

??

> (und vielleicht messe ich ja auch falsch)

Ach du hast gemessen! Cool. Echt nett von dir.

EAF schrieb:
> Manchmal kann es Sinn machen, mit maximaler Frequenz zu arbeiten
> (z.B.
> der Tiny85 kann maximal 16,5MHz intern(?)), aber dafür dann umso längere
> Schlafphasen einzulegen.
> Zumindest hält man so die Reaktionszeiten möglichst klein.

Meine Rede (s.o.).
Ist meist die bessere Lösung, den Prozessor in Pausen schlafen zu legen 
- sofern man ein Signal (z.B. Interrupt) hat, das diesen wieder 
aufweckt.

Wimre braucht so'n Tiny 4 zusätzliche Takte um wieder auf Trab zu 
kommen. Diese paar Takte sind in den meisten Fällen schnell wieder 
reingeholt - gegenüber einem Kontroller, der mit "angezogener Bremse" 
werkeln muss.

Wär das meine Projekt, würde ich mir das, unter Berücksichtigung aller 
Nebenbedingungen, aber noch mal genauer ansehen.

> 5V 16MHz und nur 576µA?
!
> ... einen 16 Mhz Quarz durch 128 teilst ...

Hallo,

interessante Diskussion, da muss ich offenbar noch einiges überdenken...

Trotzdem nochmal zur ursprünglichen Frage:
Stefan schreibt (Beitrag oben mit dem Screenshot der Compiler-Ausgabe), 
dass man die CPU-Frequenz dem Compiler mitteilen muss statt sie irgendwo 
in den Code zu schreiben. Das ist sicher richtig.

Aber wie mache ich das in der Arduino-IDE?

Und wie bekomme ich die Ausgabe, wie sie im Screenshot gezeigt wird? Ich 
habe zwar in den Einstellungen die "Ausführliche Ausgabe" aktiviert, 
bekomme aber nicht angezeigt, das dem Screenshot ähnelt. Jedenfalls 
finde ich nichts über die verwendete CPU-Frequenz und andere 
Compiler-Optionen.

Tim schrieb:
> Aber wie mache ich das in der Arduino-IDE?
Da steht die Frequenz, wie auch die Fuses, in der betreffenden 
boards.txt Datei.
Für manche Boards sind darin auch Menüeinträge definiert, um die 
Frequenz in der IDE auswählen zu können.

Die Datei kann man ändern.
Sollte aber besser eine boards.local.txt daneben legen, welche die 
unerwünschten Parameter überschreibt und neue hinzufügt.

Vielen Dank für diese Erklärung, ich werde das in den nächsten Tagen 
ausprobieren.