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与贾
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MSP430F2 系列 16 位超低功耗单片机模块原理第 4 章 Basic Clock + 基础时钟模块 + 版本 : 1.4 日期 : 2007.6. 原文 : TI MSP430x2xxfamily.

1 MSP430F2 系列 16 位超低功耗单片机模块原理第 4 章 Basic Clock + 基础时钟模块 + 版本 : 1.4 日期 : 原文 : TI MSP430x2xxfamily.pdf 翻译 : 张超哈尔滨理工大学编辑 : DC 微控技术论坛版主注 : 以下文章是翻译 TI MSP430x2xxfamily.pdf 文件中的部分内容由于我们翻译水平有限, 有整理过程中难免有所不足或错误 ; 所以以下内容只供参考. 一切以原文为准详情请密切留意微控技术论坛第四章基础时钟模块 + Page 1 of 12

2 4.1 基础时钟模块 + 介绍基础时钟模块 + 支持低系统消耗和超低功耗采用三种片内时钟信号, 用户可以选择合适的性能和低功耗基础时钟模块只需接一个外部电阻一个或两个外部晶体或者用振荡器, 通过软件控制基础时钟模块 + 有 4 个时钟源 : LFXT1CLK: 由低频时钟晶体或外接 32768Hz 时钟源产生的低频 / 高频振荡器或由标准晶体振荡器, 或外部 400KHz~16MHz 的外部时钟源提供 XT2CLK: 可供选择的高频振荡器, 由标准晶体振荡器, 或外部 400KHz~16MHz 的外部时钟源提供 DCOCLK: 片内可数字控制的振荡器 VLOCLK: 片内超低功耗 12KHz 的低频振荡器基础时钟模块可提供的三种时钟信号 : ACLK: 辅助时钟 ACLK 由软件选择来自 LFXT1CLK 和 VLOCLK 之一的时钟信号 ACLK 经 1,2,4,8 分频后得到 ACLK 可由软件选作各个外围模块 MCLK: 主时钟 MCLK 由软件选择来自 LFXT1CLK,VLOCLK,XT2CLK( 如果片内提供 ),DCOCLK 之一的时钟信号 MCLK 由 1,2,4,8 分频得到 MCLK 用于 CPU 和系统 SMCLK: 子系统时钟 SMCLK 由软件选择来自 LFXT1CLK,VLOCLK,XT2CLK( 片内提供 ),DCOCLK 之一的时钟信号 SMCLK 由 1,2,4,8 分频得到 SMCLK 可由软件选作各个外围模块基础时钟模块的方框图如图 4-1 所示 Page 2 of 12

3 图 4-1 基础时钟模块 + 方框图注 : 个别特殊的时钟并不是所有的 MSP430x2xx 系列器件都具有一样的时钟特性如 MSP430x20xx:LFXT1 不支持高频模式, 没有 XT2, 不支持晶体振荡器 MSP430x21xx: 没有内部低功耗 / 低频振荡器, 没有 XT2, 不支持晶体振荡器 MSP430x22xx: 没有 XT2 4.2 基础时钟模块 + 的控制在一次 PUC 信号后,MCLK 和 SMCLK 来自 DCOCLK 的 1.1MHz,ACLK 来自内部集成 6pF 电容的 LFXT1CLK 的高频模式状态寄存器中的位 SCG0, SCG1, OSCOFF, 和 CPUOFF 设定 MSP430 操作模式和使能或禁止部分基础时钟模块 + 参见系统复位, 中断和操作模式部分章节 DCOCTL, BCSCTL1, BCSCTL2 和 BCSCTL3 控制基础时钟模块 + Page 3 of 12

4 基础时钟模块 + 在程序执行时能够通过软件设置或重设置, 例如 : BIS.B #RSEL2+RSEL1+RSEL0,&BCSCTL1 ; 选择最高的标称频率 BIS.B #DCO2+DCO1+DCO0,&DCOCTL ; 选择最大的 DCO 频率低功耗器件基础时钟模块 + 的特性电池供电的器件存在以下要求上的矛盾 : 节省能源和时间保持要求低时钟频率快速的对事件做出反应及处理事件能力要求高时钟频率控制温度和提供电压要求时钟稳定基础时钟模块 + 针对上面的三个要求在用户选择三种时钟信号时发生了矛盾 :ACLK, MCLK,SMCLK 对于理想的低功耗模式,ACLK 来自低功耗的 32768Hz 时钟晶体, 为系统和低功耗操作提供提供稳定的时钟基础, 当晶体的精确度时间保持不要求时, 来自于片内低频振荡器当中断发生时, 片内 DCO 振荡器被选作 MCLK 的时钟源 SMCLK 可以使用晶体或 DCO, 取决于外围设备要求灵活的时钟分配和分配系统要与时钟要求一致内部超低功耗低频率振荡器内部的超低功耗低频率振荡器 (VLO) 不需要晶振就能提供 12KHz( 特殊器件参照元件参数表 ) 的频率 VLOCLK 在 XTS=0 时通过设置 LFXT1Sx = 10 来选择 OSCOFF 位在 LPM4 状态下使能 VLO 当 VLO 被选做低功耗时 LFXT1 被禁止 VLO 在不使用时不消耗能量 LFXT1 振荡器 LFXT1 振荡器在 LF 模式 (XTS=0) 采用 32768Hz 时钟晶体, 支持极小电流消耗不需要任何外部器件而仅仅是接一个晶体在 XIN 和 XOUT 之间通过软件控置 XCAPx 位来设置 LF 模式下内部提供给 LFXT1 的负载电容这个电容值可以选则 1pF 6 pf 10 pf 12.5 pf 需要的话还可再接外部电容 LFXT1 振荡器在 HF 模式 (XTS=1) 时还支持高速晶振或者振荡器高速晶振或振荡器接到 XIN 和 XOUT 端并且两端都需外接电容电容的型号由高速晶振或者振荡器来决定当 LFXT1 处于 HF 模式,LFXT1Sx 位选择操作的范围当 LFXT1Sx=11 且 OSCOFF=0 时,LFXT1 在 LF 和 HF 模式下都必须在 XIN 引脚上加上外部时钟信号当使用外部信号, 外部频率必须满足所选模式的参数当输入频率低于最低限, LFXT1OF 必须置位以防止 CPU 采用 LFXT1CLK 时钟如果 LFXT1 不以 MCLK 或 SMCLK 为提供时钟源, 则能够通过软件设置 OSCOFF 位来禁用 LFXT1, 如图 4-1 所示图 4-2 LFXT1 振荡器信号 Page 4 of 12

5 注 :LFXT1 振荡器的特征低频率晶体需要几百毫秒的时间起振, 具体取决于晶振超低功耗振荡器如 LFXT1 在 LF 模式下必需消除别的信号源的噪音干扰晶振尽量靠近 MSP430 的晶振引脚并且远离地线 XT2 振荡器有些器件有第二个振荡器 XT2 XT2 为 XT2CLK 提供时钟源, 特性与 XT1 在 HF 模式下相同 XT2Sx 位选择 XT2 的操作范围如果 XT2CLK 没有被用作 MCLK 或 SMCLK 的时钟源, 则 XT2OFF 使能 XT2 振荡器, 如图 4-3 所示当 XT2Sx=11 和 XT2OFF=0 时,XT2 有可能用做 XT2IN 管脚的外部信号当用于外部信号, 外部频率必须满足 XT2 的参数要求当输入频率低于最低值时,XT2OF 要置位用于防止 CPU 采用 XT2CLK 时钟图 4-3 XT2 振荡器信号数字控制振荡器 (DCO) DCO 是内置的数字控制振荡器 DCO 的频率可通过软件控制 DCOx, MODx, and RSELx 位来设置使能 DCO 当 DCOCLK 在活动模式没被用作 MCLK 或 SMCLK 信号源时, 可通过软件设置 SCG0 来使能 DCOCLK, 如图 4-4 所示图 4-4 DCP 的开 / 关控制 Page 5 of 12

6 调整 DCO 频率在一个 PUC 信号之后,RSELx = 7 且 DCOx = 3,DCO 以中段频率启动 MCLK 和 SMCLK 都以 DCO 为时钟源因为 CPU 执行程序来自于 MCLK, 其时钟来源于快速启动的 DCO 程序执行开始于 PUC 信号之后的 2uS 之内典型 DCOx 和 RSELx 的范围和步进见图 4-5 图 4-5 典型 DCOx 的范围和 RSELx 步进 DCOCLK 的频率根据以下功能设定 : RSELx 的四个位选择 DCO 的十六个频率中的一个频率如何选择频率根据器件说明选择 DCOx 的三个位控制通过选择 RSELx 位实现将 DCO 八分频, 大约百分之十分频 MODx 的五个位控制实现在 DCOx 位选择的频率和下一个更高的 DCOx+1 控制的频率之间转换当 DCOx=07H, 由于 DCOx 已经被 RSELx 选作最高设置, 因此 MODx 位无效每一个 MSP430F2xx 器件都有存放在信息存储段 A 中的为特殊频率校准的 DCOCTL 和 BCSCTL1 寄存器的设置为了用校准设置, 信息被复制到 DCOCTL 和 BCSCTL1 寄存器中校准设置影响 DCOx,MODx 和 RSELx 位, 除了 XT2OFF 位保持设置外, 其它位都被清零 BCSCTL1 的位能够根据需要通过 BIS.B 或 BIC.B 指令来置位或清零如下例子 : ; 把 DCO 设置为 1MHz MOV.B &CALBC1_1MHZ,&BCSCTL1; 设置范围 MOV.B &CALDCO_1MHZ,&DCOCTL; 设置 DCO 为 STEP+ 模式外部电阻 (R OSC ) 用于 DCO 一些 MSP430F2XX 器件通过外部电阻 R OSC 接到 DV CC, 当 DCOR=1 时为 DCO 源提供选择在这种情况下,DCO 与 MSP430X1XX 系列具有相同的特性, 除 RSEL3 外,RSEL X 设置被限定为 0~7 这个选择通过改变电阻的值来提供调整 DCO 频率的另一种方法详见特殊器件参数手册 DCO 调制器调节器混合两种 DCO 频率,fDCO 和 fdco+1 用于调节 fdco 和 fdco+1 之间的有效频率并且发出时钟能量, 减小电磁干扰 (EMI) 调节器通过设置 MOD X 位来为 32 个时钟周期混合 fdco 和 fdco+1 MOD X =0 时, 调节器关闭调节公式为 :t=(32-modx) tdco + MODX tdco+1 由于 fdco 低于有效频率而 fdco+1 高于有效频率, 因此有效频率的误差的积分为零, 它不会累积有效频率的误差每 32 个 DCOCLK 就归零图 4-6 说明了调节器操作调节器设置和 DCO 控制都通过软件实现可以通过和已知的稳定的频率值的对比并且调节 Page 6 of 12

7 DCOx,MODx 和 RSELx 位参见器件注意事项和 DCO 设置代码图 4-6 调节器模式基础时钟模块 + 的失效保护基础始终模块集成了振荡器失效保护功能改功能能够检测到 LFXT1 和 XT2 的振荡器失效, 如图 4-7 所示图 4-7 振荡器失效逻辑可能失效的情况有 : LF 模式下 LFXT1 的低频振荡器失效 (LFXT1OF) HF 模式下 LFXT1 的高频振荡器失效 (LFXT1OF) XT2 的高频振荡器实效 (XT2OF) 当相应的晶体振荡器打开且操作不合适时, 晶体振荡器失效位 LFXT1OF 和 XT2OF 被置 Page 7 of 12

8 位只要失效条件存在失效位就保持置位直到使能振荡器得到正常操作才自动清零当测试到晶体振荡器失效 (LFXT1OF 或 XT2OF) 时振荡器失效标志位 OFIFG 置位, 并且锁定到 POR 当 OFIFG 置位,MCLK 以 DCO 为时钟源, 如果 OFIE 置位, 则 OFIFG 请求并且不可屏蔽中断当中断得到响应,OFIE 自动复位 OFIFG 必须软件清零失效源可以通过测试各个失效位识别假如 MCLK 的时钟源被检测到失效则自动切换到以 DCO 为时钟源这不会改变 SELM X 的位设置, 这种情况由用户通过软件操作 MCLK 以晶振为时钟源一次 PUC 信号之后, 基础时钟模块 + 将 DCO 用于 MCLK 如果需要,MCLK 也可以用 LFXT1 或 XT2 把 MCLK 的时钟源从 DCO 转换成晶体振荡器 (LFXT1CLK 或 XT2CLK) 操作顺序 : (1) 打开晶体振荡器并选择合适的模式 (2) 清 OFIFG 标志位 (3) 等待至少 50uS; (4) 测试 OFIFG,OFIFG 为零则重复 1-4 步骤 ; 以下程序将 LFXT1 用作 MCLK BIC.W #OSCOFF,SR ; 打开振荡器 BIS.B #XTS,&BCSCTL1 ; HF 模式 MOV.B #LFXT1S0,&BCSCTL3 ; 1 3MHz 晶振 L1 BIC.B #OFIFG,&IFG1 ; 清零 OFIFG 位 MOV.W #0FFh,R15 ; 延时 L2 DEC.W R15 ; JNZ L2 ; BIT.B #OFIFG,&IFG1 ; 重新测试 OFIFG 位 JNZ L1 ; 为 0, 继续测试 BIS.B #SELM1+SELM0,&BCSCTL2 ; 为 1, 选择 LFXT1CLK 时钟信号的格式当把 MCLK 或 SMCLK 的时钟信号源从一个改变到另一个时, 为了避免跑飞的情况转换要同步, 如图 4-8 所示 (1) 当前始终周期持续到下一个上升沿 (2) 时钟保持高电平直到新时钟的下一个上升沿 (3) 新时钟被选择并且持续高电平一段时间 Page 8 of 12

9 图 4-8 MCLK 的时钟源从 DCO 转换为 MCLK 4.3 基础时钟模块 + 寄存器基础始终模块 + 的寄存器列于表 4-1 中寄存器符号寄存器类型地址初始化状态 DCO 控制寄存器 DCOCTL 读 / 写 056H 带 PUC 的 060H 基础时钟系统控制寄存器 1 BCSCTL1 读 / 写 057H 带 POR 的 087H 基础时钟系统控制寄存器 2 BCSCTL2 读 / 写 058H 带 PUC 的复位基础时钟系统控制寄存器 3 BCSCTL3 读 / 写 053H 带 PUC 的 005H SFR 中断使能寄存器 1 IE1 读 / 写 000H 带 PUC 的复位 SFR 中断标志寄存器 IFG1 读 / 写 002H 带 PUC 的复位 DCO 控制寄存器 -DCOCTL DCO X 位 DCO 频率选择这几位选择由 RSEL X 设置定义的八个 7-5 离散频率中的一个 MOD X 位调节器选择这几位决定在 32 个 DCOCLK 周期内 4-0 f DCO+1 频率被用的次数在持续的时钟周期以内 (32-MOD)f DCO 频率被采用当 DCO X =7 时不被采用基础时钟系统控制寄存器 1 BCSCTL1 XT2OFF 7 位关闭 XT2 该位关闭 XT2 振荡器 0 XT2 打开 Page 9 of 12

10 1 XT2 不用于 SMCLK 或 MCLK 则关闭 XTS 6 位 LFXT1 模式选择 0 低频率模式 1 高频率模式 DIVA X 5-4 位 ACLK 分频 00 /1 01 /2 10 /4 11 /8 RSEL X 3-0 位范围选择十六种频率范围可供选择通过设置 RSEL X =0 来选择最低频率当 DCOR=1 时,RSEL3 无效基础时钟系统控制寄存器 2 BCSCTL2 注 + 的不使用于 MSP430X20XX 或 MSP430X21XX 系列器件 SELM X 7-6 位选择 SMCLK 这两位选择 MCLK 的时钟源 00 DCOCLK 01 DCOCLK 10 当 XT2 振荡器在片内时采用 XT2CLK 当 XT2 振荡器不在片内时采用 LFXT1CLK 或 VLOCLK 11 LFXT1CLK 或 VLOCLK DIVM X 5-4 位 MCLK 分频 00 /1 01 /2 10 /4 11 /8 SELS 3 位选择 SMCLK 该位选择 SMCLK 的时钟源 0 DCOCLK 1 当 XT2 振荡器存在时选用 XT2CLK, 当 XT2 振荡器不存在时采用 LFXT1CLK 或 VLOCLK DIVS X 2-1 位 SMCLK 分频 00 /1 01 /2 10 /4 11 /8 DCOR 0 位 DCO 寄存器选择 0 内部寄存器 1 外部寄存器 Page 10 of 12

11 基础时钟系统控制寄存器 3 BCSCTL3 注 + 的不使用于 MSP430X2XX,MSP430X21XX 或 MSP430X22XX 系列器件 XT2S X 7-6 位 XT2 范围选择这些位选择 XT2 的频率范围 MHz 晶体或振荡器 MHz 晶体或振荡器 MHz 晶体或振荡器 MHz 外部数字时钟源 LFXT1S X 5-4 位低频时钟选择和 LFXT1 范围选择当 XTS=0 时在 LFXT1 和 VLO 之间选择当 XTS=1 时选择 LFXT1 的频率范围当 XTS=0 时 : 00 LFXT1 上的 32768Hz 晶体 01 保留 10 VLOCLK(MSP430X21X1 器件上保留 ) 11 外部数字时钟信源 XCAP X 3-2 位振荡器电容选择这些位选择当 XTS=0 时用于 LFXT1 的有效电容 00 1Pf 01 6 Pf Pf Pf XT2OF 1 位 XT2 振荡器失效 0 不存在失效条件 1 存在失效条件 LFXT1OF 0 位 LFXT1 振荡器失效不存在失效条件存在失效条件中断使能寄存器 1-IE1 7-2 位这些位被其它模块所用参见仪器特别说明书 OFIE 1 位振荡器失效中断使能该位使 OFIFG 中断使能由于 IE1 的其它位用于其它模块, 因此采用 BIS.B 或 BIC.B 指令来设置或清零该位比用 MOV.B 或 CLR.B 更合适 0 禁止中断 1 使能中断 0 位该位可用于其它模块参见仪器特别说明书 Page 11 of 12

12 中断标志寄存器 1 IFG1 7-2 位这些位被其它模块所用参见仪器特别说明书 OFIFG 1 位振荡器失效中断标志由于 IFG1 的其它位用于其它模块, 因此采用 BIS.B 或 BIC.B 指令来设置或清零该位比用 MOV.B 或 CLR.B 更合适 0 没有未被响应的中断 1 有未被响应的中断 0 位该位可用于其它模块参见仪器特别说明书 MSP430F22x4 评估板专业提供 MSP430 单片机开发工具 Page 12 of 12

MSP430x11x1 T A -40 ~ SOWB 20 TSSOP (DW) (PW) MSP430F110IDW MSP430F110IPW MSP430F112IDW MSP430F112IPW + F11x 30kΩ

MSP430x11x1 T A -40 ~ SOWB 20 TSSOP (DW) (PW) MSP430F110IDW MSP430F110IPW MSP430F112IDW MSP430F112IPW + F11x 30kΩ MSP430F11x 1.8-3.6V 1.6uA@4KHz 200uA@1MHz 2.2V 5 ( 0.8uA RAM 0.1uA) 6us 16 RISC 125nS 32KHz / 16 A/D MSP430F110 1KB+128B 128B RAM MSP430F112 4KB+256B 256B RAM 20 (SOWB) 20 (TSSOP) MSP430 16 RISC CPU 16