MSOF系统时钟与控制

1、2、系统时钟与控制（3.1） 复位系统 基础时钟系统2 Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reservedwww.msp430.ubi.pt 1. MSP430 CPU有多少种类型的指令 :(a) 27种内核指令(b) 20种内核指令和14种仿真指令(c) 27种内核指令和24种仿真指令(d) 24种内核指令 2. MSP430 RISC型CPU是指:(a) 基于精简指令集(b) 基于纯模式匹配和指令的缺省(c) 基于复杂指令集(d) 不需要外设连接的CPU3.1.1 系统复位复位信号： 掉电复位信号（BOR) 上电复位信号（PUR) 上电

2、清零信号（PUC)每个复位信号将产生不同的系统初始状态掉电复位信号（BOR） 引起的原因： 监测电压，当超出范围，则引起BOR为高 当此信号为高时，进行复位操作：状态寄存器复位，PC=0 xfffe，全部外设有关的寄存器复位。上电复位信号（POR）：又称硬件复位信号又称硬件复位信号 引起的原因：引起的原因： 1、单片机上电、单片机上电 2、RST/NMI管脚上产生低电平时系统复位（由管脚上产生低电平时系统复位（由BOR复位引起）复位引起）系统复位系统复位(指指POR)后的状态为：后的状态为： (1)RST/NMI管脚功能被设置为复位功能管脚功能被设置为复位功能; (2)所有所有I/O管脚被设置

3、为输入管脚被设置为输入; (3)外围模块被初始化，其寄存器值为相关手册上外围模块被初始化，其寄存器值为相关手册上的默认值的默认值; (4)状态寄存器状态寄存器SR复位复位; (5)看门狗激活，进入工作模式看门狗激活，进入工作模式（注意和其它单片（注意和其它单片机区别，其它是默认看门狗关闭状态）机区别，其它是默认看门狗关闭状态）; (6)程序计数器程序计数器PC载入载入0 xFFFE处的地址，微处理处的地址，微处理器从此地址开始执行程序。器从此地址开始执行程序。上电清除信号（PUC） 引起的原因： 1、软件操作 2、由POR复位引起 当此信号为高时，进行复位操作：状态寄存器复位，PC=0 xff

4、fe，部分外设有关的寄存器复位。3.1.2 MSP430基础时钟模块 时钟系统模块设计要求时钟系统模块设计要求 MSP430X5XX / 6XX系列时钟系统模块系列时钟系统模块 五个时钟输入源振荡器模块五个时钟输入源振荡器模块 外设模块请求时钟系统（低功耗运行模式下）外设模块请求时钟系统（低功耗运行模式下） 模块振荡器（模块振荡器（MODOSC） 故障安全逻辑操作故障安全逻辑操作 时钟模块应用举例（时钟模块应用举例（MSP430F5XX / 6XX） 时钟模块库函数时钟模块库函数9 Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reservedwww.

5、msp430.ubi.pt 1. MSP430 CPU有多少种类型的指令 :(a) 27种内核指令(b) 20种内核指令和14种仿真指令(c) 27种内核指令和24种仿真指令(d) 24种内核指令 2. MSP430 RISC型CPU是指:(a) 基于精简指令集(b) 基于纯模式匹配和指令的缺省(c) 基于复杂指令集(d) 不需要外设连接的CPU时钟系统模块设计要求（1/1） 为适应系统和具体应用需求，单片机的系统时钟必须满足以下不同要求：高频率。用于对系统硬件需求和外部事件快速反应；低频率。用于降低电流消耗；稳定的频率。以满足定时应用，如实时时钟RTC；低Q值振荡器。用于保证开始及停止操作最

6、小时间延迟。 数字控制RC 振荡器（DCO)外部低频 (LFXT1）外部高频（XT2)MSP430X5XX / 6XX系列时钟系统模块五个时钟输入源振荡器模块，包括：XT1 振荡器XT2 振荡器（由具体器件决定，不是所有MSP430单片机都有的）低功耗低频内部振荡器（VLO）低频修整内部参考振荡器（REFO）片内数字控制振荡器（DCO）一、一、XT1 振荡器振荡器XT1工作在低频（LF）模式时（XTS=0），提供支持32768HZ时钟的超低功耗模式。晶振只需经过XIN和XOUT两个引脚连接，不需要其他外部器件，所有保证工作稳定的元件和移相电容都集成在芯片中。在一些设备中当XT1选择高频（HF）

7、模式时（XTS=1）也支持高频晶振或者振荡器。高频晶振或谐振器连接到XIN和XOUT引脚，需要在两个端口配置电容。二、二、XT2 振荡器振荡器（由具体器件决定，不是所有MSP430单片机都有的）一般称之为第二振荡器XT2，它产生时钟信号XT2CLK，它的工作特性与XTl振荡器工作在高频模式时类似。系统频率和系统的工作电压密切相关，某些应用需要较高的工作电压，所以也需要系统提供相应较高的频率。三、低功耗低频内部振荡器（三、低功耗低频内部振荡器（VLO）低频低功耗内部振荡器 (VLO)能够提供典型10kHz的振荡频率（具体参数见数据手册），而不需要外接任何晶振。VLO可以对时钟精确要求不高的的应用

8、提供低成本和超低功耗的时钟源。四、低频修整内部参考振荡器（四、低频修整内部参考振荡器（REFO）REFO可以产生一个比较稳定的频率，其典型值为32768Hz，它可以用作FLLREFCLK。低频修整内部参考振荡器（REFO）可以在没有外部晶振，对成本又比较敏感的场合得到很好的应用。五、片内数字控制振荡器（五、片内数字控制振荡器（DCO）DCO振荡器是一个可数字控制的RC振荡器，它的频率随供电电压、环境温度变化而具有一定的不稳定性。DCO频率可以通过选择FLL的频率（FLLRENCLK/n）来增强振荡频率的稳定性。 从上图可以看出，MSP430F5XX / 6XX时钟模块有 5 个时钟输入源：XT

9、1CLK 低频或高频时钟源：可以使用标准晶振，振荡器或者外部时钟源输入4MHz32MHz。XT1CLK可以作为内部FLL模块的参考时钟。XT2CLK 高频时钟源：可以使用标准晶振，振荡器或者外部时钟源输入4MHz32MHz。VLOCLK 低功耗低频内部时钟源：典型值为10KHZ；REFOCLK 低频修整内部参考时钟源：典型值为32768Hz，作为FLL基准时钟源；DCOCLK 片内数字控制时钟源：通过FLL模块来稳定。基础时钟模块可提供3种时钟信号：ACLK 辅助时钟：ACLK可由软件选择来自XT1CLK、REFOCLK、VLOCLK、DCOCLK、DCOCLKDIV、XT2CLK（由具体器件

10、决定，不是所有MSP430单片机都有的）这几个时钟源之一。然后经1、2、4、8、16、32分频得到。ACLK可由软件选作各个外设模块的时钟信号，一般用于低速外设模块。MCLK 系统主时钟： MCLK可由软件选择来自上述5种时钟源，同样可经过分频得到。MCLK主要用于CPU和系统。SMCLK 子系统时钟：可由软件选择来自上述5种时钟源，同样可经过分频得到。 SMCLK可由软件选作各个外设模块的时钟信号，主要用于高速外设模块。模块振荡器（MODOSC）UCS模块还有一个内部的振荡器（MODOSC）。它主要给FLASH模块控制器或其他任意需要的模块提供时钟。MODOSC产生时钟信号MODCLK。 例

11、：ADC12_A可以选择使用MODOSC作为转换时钟源，用户选择ADC12OSC作为转换时钟源时，ADC12OSC就来自MODOSC。故障安全逻辑操作（1/2）时钟系统模块包含有晶振故障保护的功能。这个功能可以检测XT1、XT2、DCO的振荡器故障。当晶体振荡器启用后，没有正常工作时，则相应的故障标志位XT1LFOFFG、XT1HFOFFG、XT2OFFG将被置位。如下图所示，可检测的故障有：XT1的LF模式下低频晶振故障（XT1LFOFFG）XT1的HF模式下高频晶振故障（XT1HFOFFG）XT2高频晶振故障（XT2OFFG）DCO故障标志(DCOFFG)UCSCTL7 标准时钟系统控制寄

12、存器715141312111098保留76543210 保留 保留XT2OFFGXT1LFOFFGXT1HFOFFGDCOFFG XT2晶振失效标志位。如果该位置位，那么OFIFG也置位。只要XT2失效条件存在，XT2OFFG标志位就会置位。XT2OFFG可以通过软件清零。 0： 最近一次复位后没有失效条件产生； 1： XT2失效。最近一次复位之后出现失效条件。UCSCTL7 标准时钟系统控制寄存器715141312111098保留76543210 保留 保留XT2OFFGXT1HFOFFGXT1LFOFFGDCOFFG XT1晶振失效标志位。如果该位置位晶振失效标志位。如果该位置位(高频模式

13、），那么高频模式），那么OFIFG也置位。只要也置位。只要XT1失效条件存在，失效条件存在，XT1HFOFFG标志位就会置位。标志位就会置位。XT1HFOFFG可以通过软件清零。可以通过软件清零。 0： 最近一次复位后没有失效条件产生； 1： XT1失效。最近一次复位之后出现失效条件。UCSCTL7 标准时钟系统控制寄存器715141312111098保留76543210 保留 保留XT2OFFGXT1HFOFFGXT1LFOFFGDCOFFG XT1晶振失效标志位。如果该位置位晶振失效标志位。如果该位置位(低频模式），那么低频模式），那么OFIFG也置位。只要也置位。只要XT1失效条件存在，

14、失效条件存在，XT1LFOFFG标志位就会置位。标志位就会置位。XT1LFOFFG可以通过软件清零。可以通过软件清零。 0： 最近一次复位后没有失效条件产生； 1： XT1失效。最近一次复位之后出现失效条件。UCSCTL7 标准时钟系统控制寄存器715141312111098保留76543210 保留 保留XT2OFFGXT1HFOFFGXT1LFOFFGDCOFFG DCO失效标志位。如果该位置位，那么失效标志位。如果该位置位，那么OFIFG也置位。如果也置位。如果DCO=0或者或者DCO=31，DCOFFG标志位就会置位。标志位就会置位。DCOFFG可以通过软件清零。可以通过软件清零。 0

15、： 最近一次复位后没有失效条件产生； 1： DCO失效。最近一次复位之后出现失效条件。故障安全逻辑操作（1/2）时钟系统模块包含有晶振故障保护的功能。这个功能可以检测XT1、XT2、DCO的振荡器故障。当晶体振荡器启用后，没有正常工作时，则相应的故障标志位XT1LFOFFG、XT1HFOFFG、XT2OFFG将被置位。如下图所示，可检测的故障有：XT1的LF模式下低频晶振故障（XT1LFOFFG）XT1的HF模式下高频晶振故障（XT1HFOFFG）XT2高频晶振故障（XT2OFFG）DCO故障标志(DCOFFG) 上述任何一个失效标志位置位，都会引起晶振失效中断标志位OFIFG置位。SFRIF

16、G1寄存器1514131211109876543210 OFIFG 晶振失效标志位故障安全逻辑操作故障安全逻辑操作（2/2）晶振故障逻辑MSP430X5XX / 6XX时钟模块寄存器时钟模块寄存器1、UCSCTL0标准时钟系统控制寄存器02、UCSCTL1标准时钟系统控制寄存器13、UCSCTL2标准时钟系统控制寄存器24、UCSCTL3标准时钟系统控制寄存器35、UCSCTL4标准时钟系统控制寄存器46、UCSCTL5标准时钟系统控制寄存器57、UCSCTL6标准时钟系统控制寄存器68、UCSCTL7标准时钟系统控制寄存器79、UCSCTL8标准时钟系统控制寄存器810、UCSCTL9标准时

17、钟系统控制寄存器91、UCSCTL0标准时钟系统控制寄存器0各位定义如下：15141312111098 保留 DCO76543210 MOD 保留DCO: Bits 128,DCO 频率阶梯选择,确定DCO频率的大致范围。 注意：在锁相环(FLL)工作时，这些位自动修正。2、UCSCTL0标准时钟系统控制寄存器1各位定义如下：15141312111098 保留76543210 保留 DCORSEL保留保留保留DISMODDCORSEL: Bits 64,DCO 频率范围选择，可以调整频率的大致范围。 DCO模块操作模块操作DCO频率的调节5、UCSCTL4标准时钟系统控制寄存器4各位定义如下：

18、15141312111098保留SELA76543210保留SELS保留SELMSELA：bits108，选择ACLK的时钟源。000 XT1CLK001 VLOCLK010 REFOCLK011 DCOCLK100 DCOCLKDIV101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默认DCOCLKDIV110 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV111 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV5、UCSCTL4标准时钟系统控制寄存器4各位定义如下：15141312111098保留SELA76543210保留SELS保留SELMSELS：bits6

19、4，选择SMCLK的时钟源。000 XT1CLK001 VLOCLK010 REFOCLK011 DCOCLK100 DCOCLKDIV101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默认DCOCLKDIV110 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV111 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV5、UCSCTL4标准时钟系统控制寄存器4各位定义如下：15141312111098保留SELA76543210保留SELS保留SELMSELM：bits20，选择MCLK的时钟源。000 XT1CLK001 VLOCLK010 REFOCLK011 DC

20、OCLK100 DCOCLKDIV101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默认DCOCLKDIV110 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV111 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV7、UCSCTL6标准时钟系统控制寄存器615141312111098XT2DRIVE保留XT2BYPASS保留XT2OFF76543210XT1DRIVEXTSXT1BYPASSXCAPSMCLKOFFXT1OFFXT2OFF bit8，关闭XT2晶振0 假如XT2已经通过端口选择，并且非旁路模式，那么XT2被打开1假如XT2没有被用作ACLK、MCLK

21、及SMCLK的时钟源，或者没有用作FLL的校准源，XT2关闭XT1OFF bit0，关闭XT1晶振0 假如XT1已经通过端口选择，并且非旁路模式，那么XT1被打开1假如XT1没有被用作ACLK、MCLK及SMCLK的时钟源，或者没有用作FLL的校准源，XT1关闭时钟模块应用举例（时钟模块应用举例（MSP430F5XX / 6XX）（1/2）SMCLKACLK例1，MSP430 x66xx演示例程：设ACLK = XT1 = 32768Hz，令SMCLK = XT2CLK，MCLK = DCO(默认) = 32 x ACLK = 1048576Hz，ACLK和SMCLK分别通过P1.0和P3.4

22、输出。程序代码如下：#include void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / 关闭看门狗关闭看门狗 P1DIR |= BIT0; / ACLK 通过通过 P1.0输出输出 P1SEL |= BIT0; P3DIR |= BIT4; / SMCLK分别通过分别通过 P3.4输出。输出。 P3SEL |= BIT4; while(BAKCTL & LOCKIO) / 解锁解锁XT1引脚引脚 BAKCTL &= (LOCKIO); P7SEL |= BIT2+BIT3; / 选择端口功能为选择端口功能为 XT2 UCSCTL6 &

23、;= XT2OFF; / 使能使能 XT2 UCSCTL6 &= (XT1OFF); / 使能使能 XT1 UCSCTL6 |= XCAP_3; / 配置内接电容值，配置内接电容值， / 若使输出为若使输出为32.768KHz，则需要选择，则需要选择XCAP_3 do UCSCTL7 &= (XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG); / 清零清零XT1、XT2、DCO故障标志位故障标志位 SFRIFG1 &= OFIFG; / 清零清零SFR中的故障标志位中的故障标志位 while (SFRIFG1&OFIFG); / 检测振荡器故障标志位检

24、测振荡器故障标志位 UCSCTL6 &= XT2DRIVE0; / 根据预期的频率，减小根据预期的频率，减小XT2的驱动的驱动 UCSCTL4 |= SELA_0 + SELS_5; / 选择选择 SMCLK和和ACLK的时钟源的时钟源 while(1); / 循环等待循环等待 时钟模块应用举例（时钟模块应用举例（MSP430F5XX / 6XX）（2/2）3.2 低功耗模式低功耗结构 (LPM) 主要内容 低功耗结构 (LPM)概述 低功耗工作模式 进入和退出低功耗模式（LPM0LPM4） 进入和退出低功耗模式（LPMx.5） 低功耗应用原则 低功耗应用举例低功耗结构 (LPM)概述

25、（1/1）TI的MSP430是一个特别强调低功耗的单片机系列，尤其适合应用于采用电池供电的长时间工作场合。MSP430系统使用不同的时钟信号：ACLK、MCLK和SMCLK。这3种不同频率的时钟输出给不同的模块，从而更合理地利用系统的电源，实现整个系统的超低功耗。MSP430的瞬间响应特性是系统超低功耗事件驱动方式的重要保证。如下图所示：低功耗工作模式（1/2）用户可通过软件配置成8种不同工作模式：1种活动模式和7种低功耗模式(LPM0到LPM4、LPM3.5和LPM4.5)。通过设置控制位MSP430可以从活动模式进入到相应的低功耗模式；而各种低功耗模式又可通过中断方式回到活动模式。如下图，

26、显示了各种模式之间的关系。低功耗工作模式（2/2） 状态寄存器状态寄存器(SR):(SR):1514131211109876543210Reserved for CG1VSCG1SCG0OSCOFFCPUOFFGIENZCBitDescription8V溢出位溢出位. V = 1 运算结果超出有符号范围运算结果超出有符号范围7SCG1系统时钟发生器系统时钟发生器0. SCG1 = 1 当当DCO未被用作未被用作MCLK或或SMCLK时，时，关闭关闭DCO发生器发生器 6SCG0系统时钟发生器系统时钟发生器1. SCG0 = 1 关闭关闭FLL和循环控制和循环控制5OSCOFF关闭振荡器关闭振荡

27、器. OSCOFF = 1 当当LFXT1未被用作未被用作 MCLK or SMCLK时，关闭时，关闭LFXT1 4CPUOFF关闭关闭CPU. CPUOFF = 1 禁止禁止CPU核核3GIE使能通用中断使能通用中断. GIE = 1 使能中断屏蔽使能中断屏蔽2N负标志负标志. N = 1 运算结果为负运算结果为负1Z零标志零标志. Z = 1 运算结果为零运算结果为零0C进位标志进位标志. C = 1 运算结果产生进位运算结果产生进位MSP430 CPU寄存器在低功耗模式下，所有的I/O引脚和RAM寄存器将保持不变。 可以通过开中断后用中断事件来唤醒LMP0到LMP4。系统响应中断的过程：

28、硬件自动中断服务PC入栈SR入栈中断向量赋给PCGIE、CPUOFF、OSCOFF和SCG1清除IFG标志位清除（单源中断标志）执行中断处理子程序执行RETI指令（中断返回）SR出栈（恢复原来的标志）PC出栈进入和退出低功耗模式（LPM0LPM4）（1/4）进入和退出低功耗模式（LPM0LPM4）（2/4）系统响应中断时的堆栈情况，如下图所示：堆栈初始状态 入栈时PC和SR 出栈前PC和SR例：系统初始化完毕之后工作于低功耗模式0，中断事件触发到活动模式，中断处理结束后进入到低功耗模式3。；主程序.；初始化操作开始；初始化完毕BIS #GIE+CPUOFF，SR ; 主程序中设置低功耗模式0;

29、.; 程序在这里停止;；中断子程序；中断处理开始;中断处理结束BIS #GIE+CPUOFF+SCG1+SCG0，0（SP）；设置SR为低功耗模式3RETI；中断返回；系统进入低功耗模式3。 进入和退出低功耗模式（LPM0LPM4）（3/4）在上述处理过程中，堆栈的变化情况，如下图所示：堆栈初始状态 入栈时PC和SR 出栈前PC和SR进入和退出低功耗模式（LPM0LPM4）（4/4）进入和退出低功耗模式（LPMx.5）（1/1）低功耗模式 LPMx.5 的进入和退出与其他低功耗模式不同。恰当的使用 LPMx.5 模式，可以获得更低的功耗。当进入LPMx.5（LPM3.5和LPM4.5）模式时，

30、电源管理模块（PMM）的电压调节器也停止工作。所有的RAM、寄存器及IO口的配置数据都将丢失，所有的IO口被锁定在当前状态。LMP4.5可以通过上电、复位或具体的IO口来唤醒。在LPM3.5模式下，除了可以用LPM4.5模式下的唤醒事件外，还可用RTC唤醒事件来唤醒。 从LPMx.5模式下退出都会产生一次BOR事件。因此，在退出LPMx.5模式后，IO口的状态将一直保持锁定状态直到应用程序解除锁定，用户应根据需要重新配置芯片。低功耗应用原则（1/2） 一般的低功耗原则：最大化延长其在LPM3或LPM4模式下的时间，用32KHz晶振作为ACLK时钟，DCO用于CPU激活后的突发短暂运行。如果在应

31、用中有短暂性的周期工作并对反应速度不敏感的场合，可以最大化的利用 LPMx.5 模式来降低功耗。用接口模块代替软件驱动功能。例如Timer_A 和 Timer_B 可以自动产生 PWM和捕获外部时序，而不占用 CPU 资源。用中断控制程序运行。用可计算的分支代替标志位测试产生的分支。用快速查表代替冗长的软件计算。在冗长的软件计算中使用单周期的CPU寄存器。避免频繁的子程序和函数调用。尽可能直接用电池供电。低功耗应用原则（2/2） 在设计外设时还有一些常规原则：将不用的FETI输入端连接到VSS。JTAG端口TMS、TCK和TDI不要连接到VSS。CMOS输入端不能有浮空节点，将所有输入端接适当

32、的电平。不论对于内核还是对于各外围模块，选择尽可能低的运行频率，如果不影响功能应设计自动关机。低功耗应用举例（1/3）例1，MSP430 x66xx演示例程：配置ACLK = LFXT1 = 32kHz, MCLK = SMCLK = DCO（默认值），禁用REF0、VUSB LDO、SLDO和SLDO。进入LPM3。程序代码如下：#include void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / 关闭看门狗 / 使能 XT1 UCSCTL6 &= (XT1OFF); / 使能 XT1 UCSCTL6 |= XCAP_3; / 配置内接电容值，/ 若使输出为32.768KHz，则需要选择XCAP_3