3.1 系統(tǒng)時(shí)鐘 芯片資料

第三章MSP430基本外設(shè) 2 Copyright2009TexasInstrumentsAllRightsReservedwww msp430 ubi pt 本章概述 MSP430系列微控制器的片內(nèi)資源非常豐富 外設(shè)模塊通過數(shù)據(jù)總線 控制總線和地址總線與CPU相連 3 1系統(tǒng)時(shí)鐘3 2低功耗模式3 3通用輸入輸出端口3 4定時(shí)器3 5DMA控制器3 6比較器A3 7模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 3 8數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 DAC 3 9LCD液晶驅(qū)動模塊3 10硬件乘法器3 11Flash編程 3 1系統(tǒng)時(shí)鐘 UCS UnifiedClockSystem 本節(jié)內(nèi)容 時(shí)鐘系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)要求MSP430X5XX 6XX系列時(shí)鐘系統(tǒng)模塊五個(gè)時(shí)鐘輸入源振蕩器模塊DCO模塊操作外設(shè)模塊請求時(shí)鐘系統(tǒng) 低功耗運(yùn)行模式下 模塊振蕩器 MODOSC 故障安全邏輯操作時(shí)鐘模塊應(yīng)用舉例 MSP430F5XX 6XX 時(shí)鐘模塊庫函數(shù) 時(shí)鐘系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)要求 1 1 單片機(jī)各部件能有條不紊自動工作 實(shí)際上是在其系統(tǒng)時(shí)鐘作用下 控制器指揮芯片內(nèi)各個(gè)部件自動協(xié)調(diào)工作 使內(nèi)部邏輯硬件產(chǎn)生各種操作所需的脈沖信號而實(shí)現(xiàn)的 為適應(yīng)系統(tǒng)和具體應(yīng)用需求 單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘必須滿足以下不同要求 高頻率 用于對系統(tǒng)硬件需求和外部事件快速反應(yīng) 低頻率 用于降低電流消耗 穩(wěn)定的頻率 以滿足定時(shí)應(yīng)用 如實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC 低Q值振蕩器 用于保證開始及停止操作最小時(shí)間延遲 MSP430X5XX 6XX系列時(shí)鐘系統(tǒng)模塊 1 3 右圖為MSP430X5XX 6XX系列單片機(jī)時(shí)鐘模塊結(jié)構(gòu) MSP430X5XX 6XX系列時(shí)鐘系統(tǒng)模塊 2 3 從上圖可以看出 MSP430F5XX 6XX時(shí)鐘模塊有5個(gè)時(shí)鐘輸入源 XT1CLK低頻或高頻時(shí)鐘源 可以使用標(biāo)準(zhǔn)晶振 振蕩器或者外部時(shí)鐘源輸入4MHz 32MHz XT1CLK可以作為內(nèi)部FLL模塊的參考時(shí)鐘 XT2CLK高頻時(shí)鐘源 可以使用標(biāo)準(zhǔn)晶振 振蕩器或者外部時(shí)鐘源輸入4MHz 32MHz VLOCLK低功耗低頻內(nèi)部時(shí)鐘源 典型值為10KHZ REFOCLK低頻修整內(nèi)部參考時(shí)鐘源 典型值為32768Hz 作為FLL基準(zhǔn)時(shí)鐘源 DCOCLK片內(nèi)數(shù)字控制時(shí)鐘源 通過FLL模塊來穩(wěn)定 MSP430X5XX 6XX系列時(shí)鐘系統(tǒng)模塊 3 3 基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊可提供3種時(shí)鐘信號 ACLK輔助時(shí)鐘 ACLK可由軟件選擇來自XT1CLK REFOCLK VLOCLK DCOCLK DCOCLKDIV XT2CLK 由具體器件決定 這幾個(gè)時(shí)鐘源之一 然后經(jīng)1 2 4 8 16 32分頻得到 ACLK可由軟件選作各個(gè)外設(shè)模塊的時(shí)鐘信號 一般用于低速外設(shè)模塊 MCLK系統(tǒng)主時(shí)鐘 MCLK可由軟件選擇來自上述5種時(shí)鐘源 同樣可經(jīng)過分頻得到 MCLK主要用于CPU和系統(tǒng) SMCLK子系統(tǒng)時(shí)鐘 可由軟件選擇來自上述5種時(shí)鐘源 同樣可經(jīng)過分頻得到 SMCLK可由軟件選作各個(gè)外設(shè)模塊的時(shí)鐘信號 主要用于高速外設(shè)模塊 五個(gè)時(shí)鐘輸入源振蕩器模塊 1 6 五個(gè)時(shí)鐘輸入源振蕩器模塊 包括 XT1振蕩器XT2振蕩器低功耗低頻內(nèi)部振蕩器 VLO 低頻修整內(nèi)部參考振蕩器 REFO 片內(nèi)數(shù)字控制振蕩器 DCO 五個(gè)時(shí)鐘輸入源振蕩器模塊 2 6 一 XT1振蕩器XT1工作在低頻 LF 模式時(shí) XTS 0 提供支持32768HZ時(shí)鐘的超低功耗模式 晶振只需經(jīng)過XIN和XOUT兩個(gè)引腳連接 不需要其他外部器件 所有保證工作穩(wěn)定的元件和移相電容都集成在芯片中 在一些設(shè)備中當(dāng)XT1選擇高頻 HF 模式時(shí) XTS 1 也支持高頻晶振或者振蕩器 高頻晶振或諧振器連接到XIN和XOUT引腳 需要在兩個(gè)端口配置電容 五個(gè)時(shí)鐘輸入源振蕩器模塊 3 6 二 XT2振蕩器一般稱之為第二振蕩器XT2 它產(chǎn)生時(shí)鐘信號XT2CLK 它的工作特性與XTl振蕩器工作在高頻模式時(shí)類似 系統(tǒng)頻率和系統(tǒng)的工作電壓密切相關(guān) 某些應(yīng)用需要較高的工作電壓 所以也需要系統(tǒng)提供相應(yīng)較高的頻率 系統(tǒng)頻率和系統(tǒng)工作電壓之間的關(guān)系下圖所示 五個(gè)時(shí)鐘輸入源振蕩器模塊 4 6 頻率 MHz 頻率和工作電壓的關(guān)系 在陰影中的數(shù)字表示所支持PMMCOREVx配置 電壓 V 五個(gè)時(shí)鐘輸入源振蕩器模塊 5 6 三 低功耗低頻內(nèi)部振蕩器 VLO 低頻低功耗內(nèi)部振蕩器 VLO 能夠提供典型10kHz的振蕩頻率 具體參數(shù)見數(shù)據(jù)手冊 而不需要外接任何晶振 VLO可以對時(shí)鐘精確要求不高的的應(yīng)用提供低成本和超低功耗的時(shí)鐘源 五個(gè)時(shí)鐘輸入源振蕩器模塊 6 6 四 低頻修整內(nèi)部參考振蕩器 REFO REFO可以產(chǎn)生一個(gè)比較穩(wěn)定的頻率 其典型值為32768Hz 它可以用作FLLREFCLK 低頻修整內(nèi)部參考振蕩器 REFO 可以在沒有外部晶振 對成本又比較敏感的場合得到很好的應(yīng)用 五 片內(nèi)數(shù)字控制振蕩器 DCO DCO振蕩器是一個(gè)可數(shù)字控制的RC振蕩器 它的頻率隨供電電壓 環(huán)境溫度變化而具有一定的不穩(wěn)定性 DCO頻率可以通過選擇FLL的頻率 FLLRENCLK n 來增強(qiáng)振蕩頻率的穩(wěn)定性 DCO模塊操作 1 4 DCOCLK頻率調(diào)整過程 設(shè)置DCORSELx這3位可以從8個(gè)DCO額定頻率中選擇一個(gè)頻率 5位的DCO用來在DCORSEL的32個(gè)頻率級別中選擇 相鄰兩個(gè)的頻率相差約8 5位的MOD用于控制在DCO中的32個(gè)頻率中選擇切換兩種頻率 如果DCO 31 表示DCO已經(jīng)選擇最高頻率 此時(shí)不能利用MOD進(jìn)行頻率調(diào)整 如下圖所示 其中 在鎖頻環(huán)工作的時(shí)候 這些DCO位和MOD位的值由硬件自動調(diào)節(jié) DCO模塊操作 2 4 DCO頻率的調(diào)節(jié) DCO模塊操作 3 4 鎖頻環(huán) FLL DCOCLK可用作ACLK MCLK SMCLK 但它的頻率隨供電電壓 環(huán)境溫度變化而具有一定的不穩(wěn)定性 FLL通過頻率積分器和調(diào)制器的自動調(diào)節(jié)使DCOCLK的頻率趨于穩(wěn)定 FLL通過在兩個(gè)最相近的鄰居頻率之間進(jìn)行切換 產(chǎn)生兩個(gè)頻率的加權(quán)頻率 最終獲得我們所需的頻率 如下圖所示 DCO模塊操作 4 4 外設(shè)模塊請求時(shí)鐘系統(tǒng) 1 2 外設(shè)模塊可以控制3個(gè)時(shí)鐘請求信號中的一個(gè)來獲得時(shí)鐘ACLK REQ MCLK REQ SMCLK REQ 不管在任何模式下 外設(shè)模塊的正常操作都可以從標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng) UCS 請求時(shí)鐘信號 例如 如果定時(shí)器選擇了ACLK作為時(shí)鐘源 只要定時(shí)器允許 ACLK REQ信號就一直有效并向UCS申請時(shí)鐘 而UCS則不管當(dāng)前是在什么LPM低功耗模式都會輸出ACLK信號 如下圖所示 為外設(shè)模塊請求時(shí)鐘系統(tǒng) 外設(shè)模塊請求時(shí)鐘系統(tǒng) 2 2 外設(shè)模塊請求時(shí)鐘系統(tǒng) 模塊振蕩器 MODOSC 1 1 UCS模塊還有一個(gè)內(nèi)部的振蕩器 MODOSC 它主要給FLASH模塊控制器或其他任意需要的模塊提供時(shí)鐘 MODOSC產(chǎn)生時(shí)鐘信號MODCLK 例 ADC12 A可以選擇使用MODOSC作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源 用戶選擇ADC12OSC作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源時(shí) ADC12OSC就來自MODOSC 故障安全邏輯操作 1 2 時(shí)鐘系統(tǒng)模塊包含有晶振故障保護(hù)的功能 這個(gè)功能可以檢測XT1 XT2 DCO的振蕩器故障 當(dāng)晶體振蕩器啟用后 沒有正常工作時(shí) 則相應(yīng)的故障位XT1LFOFFG XT1HFOFFG XT2OFFG將被置位 如下圖所示 可檢測的故障有 XT1的LF模式下低頻晶振故障 XT1LFOFFG XT1的HF模式下高頻晶振故障 XT1HFOFFG XT2高頻晶振故障 XT2OFFG DCO故障標(biāo)志 DCOFFG 故障安全邏輯操作 2 2 晶振故障邏輯 時(shí)鐘模塊應(yīng)用舉例 MSP430F5XX 6XX 1 2 P1 0 MSP430F6638 P3 4 SMCLK ACLK 例1 MSP430 x66xx演示例程 設(shè)ACLK XT1 32768Hz 令SMCLK XT2CLK MCLK DCO 默認(rèn) 32xACLK 1048576Hz ACLK和SMCLK分別通過P1 0和P3 4輸出 程序代碼如下 includevoidmain void WDTCTL WDTPW WDTHOLD 關(guān)閉看門狗P1DIR BIT0 ACLK通過P1 0輸出P1SEL BIT0 P3DIR BIT4 SMCLK分別通過P3 4輸出 P3SEL BIT4 while BAKCTL 選擇端口功能為XT2 UCSCTL6 循環(huán)等待 時(shí)鐘模塊應(yīng)用舉例 MSP430F5XX 6XX 2 2 時(shí)鐘系統(tǒng) UCS 常用配置和初始化的API函數(shù)UCS clockSignalInit UCS initFLLSettle UCS enableClockRequest UCS disableClockRequest UCS SMCLKOff UCS SMCLKOn 時(shí)鐘模塊庫函數(shù) 1 4 時(shí)鐘系統(tǒng) UCS 的API被分成三組函數(shù) 時(shí)鐘系統(tǒng) UCS 常用配置和初始化的API函數(shù)外部晶振特定的配置和初始化的API函數(shù)對狀態(tài)和配置進(jìn)行設(shè)置和詢問的API函數(shù) 時(shí)鐘模塊庫函數(shù) 2 4 外部晶振特定的配置和初始化的API函數(shù)UCS setExternalClockSource UCS LFXT1Start UCS HFXT1Start UCS bypassXT1 UCS LFXT1StartWithTimeout UCS HFXT1StartWithTimeout UCS bypassXT1WithTimeout UCS XT1Off UCS XT2Start UCS XT2Off UCS bypassXT2 UCS XT2StartWithTimeout UCS bypassXT2WithTimeout UCS clearAllOscFlagsWithTimeout 時(shí)鐘模塊庫函數(shù) 3 4 對狀態(tài)和配置進(jìn)行設(shè)置和詢問的API函數(shù)UCS faultFlagStatus UCS clearFaultFlag UCS getACLK UCS getSMCLK UCS getMCLK 時(shí)鐘模塊庫函數(shù) 4 4 庫函數(shù)編程示例 偽代碼 設(shè)置DCOFLL參考基準(zhǔn) REFOUCS clockSignalInit MSP430 BASEADDRESS UCS UCS FLLREF UCS REFOCLK SELECT UCS CLOCK DIVIDER 1 令A(yù)CLK REFOUCS clockSignalInit MSP430 BASEADDRESS UCS UCS