MSP430課件3.1系統(tǒng)時鐘

1、第三部分 MSP430基本外設2 Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reservedwww.msp430.ubi.ptnMSP430系列微控制器的片內(nèi)資源非常豐富，系列微控制器的片內(nèi)資源非常豐富，外設模塊外設模塊通過數(shù)據(jù)總線、控制總線和地址總線與通過數(shù)據(jù)總線、控制總線和地址總線與CPU相連相連。q3.1 系統(tǒng)時鐘q3.2 低功耗模式q3.3 通用輸入輸出端口q3.4 定時器q3.5 DMA控制器q3.6 比較器Aq3.7 模數(shù)轉換器（ADC）q3.8 數(shù)模轉換模塊(DAC) q3.9 LCD液晶驅(qū)動模塊q3.10 硬件乘法器q3.11 Fl

2、ash編程3.1 系統(tǒng)時鐘 (UCS)Unified Clock System 本節(jié)內(nèi)容n時鐘系統(tǒng)模塊設計要求時鐘系統(tǒng)模塊設計要求nMSP430X5XX / 6XX系列時鐘系統(tǒng)模塊系列時鐘系統(tǒng)模塊n五個時鐘輸入源振蕩器模塊五個時鐘輸入源振蕩器模塊nDCO模塊操作模塊操作n外設模塊請求時鐘系統(tǒng)（低功耗運行模式下）外設模塊請求時鐘系統(tǒng)（低功耗運行模式下）n模塊振蕩器（模塊振蕩器（MODOSC）n故障安全邏輯操作故障安全邏輯操作n時鐘模塊應用舉例（時鐘模塊應用舉例（MSP430F5XX / 6XX）n時鐘模塊庫函數(shù)時鐘模塊庫函數(shù)時鐘系統(tǒng)模塊設計要求（1/1） 單片機各部件能有條不紊自動工作，實際上是

3、在其系統(tǒng)時鐘作用下，控制器指揮芯片內(nèi)各個部件自動協(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現(xiàn)的。 為適應系統(tǒng)和具體應用需求，單片機的系統(tǒng)時鐘必須滿足以下不同要求：高頻率。高頻率。用于對系統(tǒng)硬件需求和外部事件快速反應；低頻率。低頻率。用于降低電流消耗；穩(wěn)定的頻率。穩(wěn)定的頻率。以滿足定時應用，如實時時鐘RTC；低低Q Q值振蕩器。值振蕩器。用于保證開始及停止操作最小時間延遲。MSP430X5XX / 6XX系列時鐘系統(tǒng)模塊（1/3）右圖為MSP430X5XX / 6XX系列單片機時鐘模塊結構：MSP430X5XX / 6XX系列時鐘系統(tǒng)模塊（2/3） 從上圖可以看出，MSP430F5X

4、X / 6XX時鐘模塊有 5 個時鐘輸入源：XT1CLK 低頻或高頻時鐘源：可以使用標準晶振，振蕩器或者外部時鐘源輸入4MHz32MHz。XT1CLK可以作為內(nèi)部FLL模塊的參考時鐘。XT2CLK 高頻時鐘源：可以使用標準晶振，振蕩器或者外部時鐘源輸入4MHz32MHz。VLOCLK 低功耗低頻內(nèi)部時鐘源：典型值為10KHZ；REFOCLK 低頻修整內(nèi)部參考時鐘源：典型值為32768Hz，作為FLL基準時鐘源；DCOCLK 片內(nèi)數(shù)字控制時鐘源：通過FLL模塊來穩(wěn)定。MSP430X5XX / 6XX系列時鐘系統(tǒng)模塊（3/3）基礎時鐘模塊可提供3種時鐘信號：ACLK 輔助時鐘：ACLK可由軟件選擇

5、來自XT1CLK、REFOCLK、VLOCLK、DCOCLK、DCOCLKDIV、XT2CLK（由具體器件決定）這幾個時鐘源之一。然后經(jīng)1、2、4、8、16、32分頻得到。ACLK可由軟件選作各個外設模塊的時鐘信號，一般用于低速外設模塊。MCLK 系統(tǒng)主時鐘： MCLK可由軟件選擇來自上述5種時鐘源，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)時鐘：可由軟件選擇來自上述5種時鐘源，同樣可經(jīng)過分頻得到。 SMCLK可由軟件選作各個外設模塊的時鐘信號，主要用于高速外設模塊。五個時鐘輸入源振蕩器模塊（1/6）五個時鐘輸入源振蕩器模塊，包括：XT1 振蕩器XT2 振蕩器低功耗低

6、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）五個時鐘輸入源振蕩器模塊（2/6）一、一、XT1 振蕩器振蕩器XT1工作在低頻（LF）模式時（XTS=0），提供支持32768HZ時鐘的超低功耗模式。晶振只需經(jīng)過XIN和XOUT兩個引腳連接，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。在一些設備中當XT1選擇高頻（HF）模式時（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，需要在兩個端口配置電容。五個時鐘輸入源振蕩器模塊（3/6）二、二、XT2 振蕩器振蕩器一般稱之為第二振蕩器XT2，它產(chǎn)生時鐘信號X

7、T2CLK，它的工作特性與XTl振蕩器工作在高頻模式時類似。系統(tǒng)頻率和系統(tǒng)的工作電壓密切相關，某些應用需要較高的工作電壓，所以也需要系統(tǒng)提供相應較高的頻率。系統(tǒng)頻率和系統(tǒng)工作電壓之間的關系下圖所示：五個時鐘輸入源振蕩器模塊（4/6） 頻率（MHz）頻率和工作電壓的關系在陰影中的數(shù)字表示所支持PMMCOREVx配置。電壓（V）五個時鐘輸入源振蕩器模塊（5/6）三、低功耗低頻內(nèi)部振蕩器（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可以對時鐘精確要求不高的的應用提供低成本和超低功耗的時鐘源。五個

8、時鐘輸入源振蕩器模塊（6/6）四、低頻修整內(nèi)部參考振蕩器（四、低頻修整內(nèi)部參考振蕩器（REFO）REFO可以產(chǎn)生一個比較穩(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用。五、片內(nèi)數(shù)字控制振蕩器（五、片內(nèi)數(shù)字控制振蕩器（DCO）DCO振蕩器是一個可數(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）來增強振蕩頻率的穩(wěn)定性。DCO模塊操作（1/4）DCOCLK頻率調(diào)整過程：頻率調(diào)整過程：設置DCORSELx

9、這3位可以從8個DCO額定頻率中選擇一個頻率。5位的DCO用來在DCORSEL的32個頻率級別中選擇，相鄰兩個的頻率相差約8%。5位的MOD用于控制在DCO中的32個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，此時不能利用MOD進行頻率調(diào)整。（如下圖所示）其中，在鎖頻環(huán)工作的時候，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)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，F(xiàn)LL通過頻率積分器和調(diào)制器的自動調(diào)節(jié)使DCOCLK的頻率

10、趨于穩(wěn)定。FLL通過在兩個最相近的鄰居頻率之間進行切換，產(chǎn)生兩個頻率的加權頻率，最終獲得我們所需的頻率。(如下圖所示)DCO模塊操作（4/4）外設模塊請求時鐘系統(tǒng)（1/2）外設模塊可以控制3個時鐘請求信號中的一個來獲得時鐘ACLK_REQ、MCLK_REQ、SMCLK_REQ。不管在任何模式下，外設模塊的正常操作都可以從標準時鐘系統(tǒng)（UCS）請求時鐘信號。 例如：如果定時器選擇了ACLK作為時鐘源，只要定時器允許，ACLK_REQ信號就一直有效并向UCS申請時鐘，而UCS則不管當前是在什么LPM低功耗模式都會輸出ACLK信號。 如下圖所示，為外設模塊請求時鐘系統(tǒng)。外設模塊請求時鐘系統(tǒng)（2/2）

11、外設模塊請求時鐘系統(tǒng)。模塊振蕩器（MODOSC）（1/1）UCS模塊還有一個內(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鐘。MODOSC產(chǎn)生時鐘信號MODCLK。 例：ADC12_A可以選擇使用MODOSC作為轉換時鐘源，用戶選擇ADC12OSC作為轉換時鐘源時，ADC12OSC就來自MODOSC。故障安全邏輯操作（1/2）時鐘系統(tǒng)模塊包含有晶振故障保護的功能。這個功能可以檢測XT1、XT2、DCO的振蕩器故障。當晶體振蕩器啟用后，沒有正常工作時，則相應的故障位XT1LFOFFG、XT1HFOFFG、XT2OFFG將被置位。如下圖所示，可檢測的故障有：X

12、T1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故障標志(DCOFFG)故障安全邏輯操作（2/2）晶振故障邏輯時鐘模塊應用舉例（MSP430F5XX / 6XX）（1/2）SMCLKACLK例1，MSP430 x66xx演示例程：設ACLK = XT1 = 32768Hz，令SMCLK = XT2CLK，MCLK = DCO(默認) = 32 x ACLK = 1048576Hz，ACLK和SMCLK分別通過P1.0和P3.4輸出。程序代碼如下：#include void main(void) WD

13、TCTL = WDTPW + WDTHOLD; / 關閉看門狗關閉看門狗 P1DIR |= BIT0; / ACLK 通過通過 P1.0輸出輸出 P1SEL |= BIT0; P3DIR |= BIT4; / SMCLK分別通過分別通過 P3.4輸出。輸出。 P3SEL |= BIT4; while(BAKCTL & LOCKIO) / 解鎖解鎖XT1引腳引腳 BAKCTL &= (LOCKIO); P7SEL |= BIT2+BIT3; / 選擇端口功能為選擇端口功能為 XT2 UCSCTL6 &= XT2OFF; / 使能使能 XT2 UCSCTL6 &= (XT1OFF); / 使能使能

14、 XT1 UCSCTL6 |= XCAP_3; / 配置內(nèi)接電容值，配置內(nèi)接電容值， / 若使輸出為若使輸出為32.768KHz，則需要選擇，則需要選擇XCAP_3 do UCSCTL7 &= (XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG); / 清零清零XT1、XT2、DCO故障標志位故障標志位 SFRIFG1 &= OFIFG; / 清零清零SFR中的故障標志位中的故障標志位 while (SFRIFG1&OFIFG); / 檢測振蕩器故障標志位檢測振蕩器故障標志位 UCSCTL6 &= XT2DRIVE0; / 根據(jù)預期的頻率，減小根據(jù)預期的頻率，減小XT2的驅(qū)動的驅(qū)動 U

15、CSCTL4 |= SELA_0 + SELS_5; / 選擇選擇 SMCLK和和ACLK的時鐘源的時鐘源 while(1); / 循環(huán)等待循環(huán)等待 時鐘模塊應用舉例（MSP430F5XX / 6XX）（2/2） 時鐘系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)(UCS)常用配置和初始化的常用配置和初始化的API函數(shù)函數(shù)UCS_clockSignalInit()UCS_initFLLSettle()UCS_enableClockRequest()UCS_disableClockRequest()UCS_SMCLKOff()UCS_SMCLKOn()時鐘模塊庫函數(shù)（1/4） 時鐘系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)(UCS)的的API被分成三組函數(shù)：

16、被分成三組函數(shù)：時鐘系統(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)和配置進行設置和詢問的API函數(shù)時鐘模塊庫函數(shù)（2/4） 外部晶振特定的配置和初始化的外部晶振特定的配置和初始化的API函數(shù)函數(shù)UCS_setExternalClockSource()UCS_LFXT1Start()UCS_HFXT1Start()UCS_bypassXT1()UCS_LFXT1StartWithTimeout()UCS_HFXT1StartWithTimeout()UCS_bypassXT1WithTimeout()UCS_XT1Off()UCS_XT2Start()UC

17、S_XT2Off()UCS_bypassXT2()UCS_XT2StartWithTimeout()UCS_bypassXT2WithTimeout()UCS_clearAllOscFlagsWithTimeout()時鐘模塊庫函數(shù)（3/4）對狀態(tài)和配置進行設置和詢問的對狀態(tài)和配置進行設置和詢問的API函數(shù)函數(shù)UCS_faultFlagStatus() UCS_clearFaultFlag() UCS_getACLK() UCS_getSMCLK() UCS_getMCLK() 時鐘模塊庫函數(shù)（4/4）庫函數(shù)編程示例（偽代碼）庫函數(shù)編程示例（偽代碼）/ 設置 DCO FLL 參考基準 = REFO UCS_clockSignalInit(_MSP430_BASEADDRESS_UCS , UCS_FLLREF, UCS_REFOCLK_SELECT, UCS_CLOCK_DIVIDER_1 ); / 令 ACLK = REFOUCS_clockSignalInit(_M