5.1 時(shí)鐘模塊.ppt

1、第5章MSP430單芯片內(nèi)部外圍模塊、5.1 MSP430系列單芯片時(shí)鐘模塊和低功耗結(jié)構(gòu)、5.1.1時(shí)鐘模塊、高速晶體振蕩器低速晶體振蕩器；數(shù)字控制振蕩器DCO(鎖環(huán)FLL和鎖環(huán)增強(qiáng)版FLL)。系統(tǒng)時(shí)鐘必須滿足能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)硬件要求和外部事件的高頻率。用于降低低頻率電流消耗。低Q值振蕩器，確保穩(wěn)定的頻率啟動和停止操作的最小時(shí)間延遲，以滿足實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC等定時(shí)應(yīng)用，基本時(shí)鐘模塊具有3個(gè)時(shí)鐘輸入源。LFXT1CKL低頻時(shí)鐘源由32768Hz晶體、標(biāo)準(zhǔn)晶體或陶瓷諧振器和外部450kHz8MHz時(shí)鐘源生成。XT2CLK高頻時(shí)鐘源是從標(biāo)準(zhǔn)晶體、陶瓷諧振器或外部450kHz8MHz時(shí)鐘源生成的。DCOC

2、LK芯片內(nèi)的數(shù)字控制RC振蕩器經(jīng)常用作系統(tǒng)和外圍設(shè)備的時(shí)鐘信號。提供三種時(shí)鐘信號。輔助時(shí)鐘(ACLK)ACLK是LFXT1CLK信號通過1、2、4、8分波獲得的。ACLK可在軟件中選擇為每個(gè)外圍模塊的時(shí)鐘信號，通常用于低速外圍設(shè)備。系統(tǒng)主時(shí)鐘(MCLK)可通過軟件選擇LFXT1CLK、XT2CLK、DOCCLK之一，通過1、2、4、8次分割獲得。MCLK主要用于CPU和系統(tǒng)。子系統(tǒng)時(shí)鐘(SMCLK)是通過軟件選擇LFXT1CLK、XT2CLK、DCOCLK之一，分1、2、4、8次獲得的。SMCLK主要用于高速外圍模塊。MSP430X1XX時(shí)鐘模塊、時(shí)鐘輸入源：LFXT1CLK低頻時(shí)鐘源XT2C

3、LK高頻時(shí)鐘源DCOCL數(shù)字控制RC振蕩器、時(shí)鐘輸出信號ACLK輔助時(shí)鐘MCLK主系統(tǒng)時(shí)鐘SMCLK子系統(tǒng)時(shí)鐘、慢速外圍設(shè)備、CPU和系統(tǒng)、高速外圍設(shè)備、系統(tǒng)頻率和系統(tǒng)、5.1.1.1低速晶體振蕩器、LFXT1振蕩器的默認(rèn)操作模式為32768Hz低頻模式，通過XIN和XOUT的兩個(gè)針腳連接，所有穩(wěn)定的操作組件和相變電容器都集成在芯片上。此外，可以通過外部450kHz8MHz的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器在高頻模式下工作。在這種情況下，兩個(gè)銷需要外部電容器，并且容量大小必須根據(jù)結(jié)晶或振蕩器特性進(jìn)行選擇。5.1.1.2高速晶體振蕩器、高速振蕩器(即第二振蕩器XT2)主要存在于X13X、X14X、X1

4、5X、X16X、X43X、X44X等設(shè)備中，其工作方式與LFXT1振蕩器在高頻模式下工作時(shí)類似。5.1.1.4 DCO振蕩器、DCO振蕩器是數(shù)字控制RC振蕩器，頻率隨供電電壓、環(huán)境溫度變化。DCO頻率可以通過DCO控制寄存器的控制位提高振動頻率的穩(wěn)定性。5.1.1.4基本時(shí)鐘模塊故障運(yùn)行，基本時(shí)鐘模塊具有振蕩器故障檢測功能。振蕩器故障檢測器是模擬電路，可監(jiān)控LFXT1CLK (HF模式)和XT2CLK。當(dāng)其中一個(gè)時(shí)鐘信號未出現(xiàn)在大約50s內(nèi)時(shí)，可以檢測到振蕩器故障。檢測振蕩器故障，如果MCLK發(fā)生在LFXT1 (HF模式)或XT2上，DCO振蕩器將自動選擇為MCLK的時(shí)鐘源，這樣，如果振蕩器發(fā)

5、生故障，代碼可以繼續(xù)運(yùn)行。5.1.1.6基本時(shí)鐘模塊寄存器，1 .DCOCTL DCO控制寄存器，DCO.0DCO.2:定義8種頻率之一，可以分段調(diào)整DCOCLK頻率，兩個(gè)相鄰頻率的差值為10。頻率由注入的直流發(fā)生器中的電流定義。MOD.0MOD.4:定義在32個(gè)DCO生命周期中插入的fDCO 1生命周期數(shù)，其馀DCO生命周期控制為生命周期切換DCO和DCO 1選擇的頻率。如果DCO常量為7，則選擇最大頻率，無法調(diào)整為MOD.0MOD.4。2 .BCSCTL1基本時(shí)鐘系統(tǒng)控制寄存器1，XT2OFF: XT2控制振蕩器的打開和關(guān)閉。0 XT2振蕩器打開。1 XT2振蕩器關(guān)閉(主XT2關(guān)閉)。XT

6、S:控制LFXT1操作模式，選擇與實(shí)際晶體振蕩器連接相結(jié)合。0 LFXT1在低頻模式下工作(默認(rèn)低頻模式)。1 LFXT1在高頻模式下工作(必須連接相應(yīng)的高頻時(shí)鐘源)。DIVA.0 DIVA.1:控制ACLK頻率分割。0 0 0未分區(qū)(默認(rèn)未分區(qū))；0 1 1 2分頻；1 0 2 4頻分；1 1 3 8分割。XT5V:此位包括：Rsel.0、Rsel.1、Rsel.2: 3位控制內(nèi)部電阻以確定公稱頻率。Rsel.2 Rsel.1 Rsel.0描述0 0 Rsel=0，選取最低標(biāo)稱頻率。1 1 1 Rsel=7，選取最高標(biāo)稱頻率。3 .BCSCTL2主時(shí)鐘系統(tǒng)控制寄存器2、SELM.0、SELM

7、.1: MCLK選擇時(shí)鐘源0 MCLK的時(shí)鐘源是DCOCLK(主時(shí)鐘源)。0 1 MCLK的時(shí)鐘源是DCOCLK是。1如果芯片(如0 MSP430F13/14/15/16X)具有XT2振蕩器，則時(shí)鐘源為XT2CLK是。片內(nèi)沒有XT2，MCLK的時(shí)鐘源是LFXT1CLK是。1 1 MCLK的時(shí)鐘源為LFXT1CLK。選擇DIVM.0，DIVM.1: MCLK分頻。0 0 1分頻(預(yù)設(shè)mclk=dcoclk)；0 1 2分頻；1 0 4分頻；1 1 8分割。SELS:選擇SMCLK時(shí)鐘源。0時(shí)鐘源是DCOCLK(默認(rèn)時(shí)鐘源)。1片有XT2，時(shí)鐘有XT2CLK是。切片中沒有XT2，時(shí)鐘源是LFXT1

8、CLK。選擇DIVS.0，DIVS.1: SMCLK分頻。0 0 1分頻(預(yù)設(shè)mclk=dcoclk)；0 1 2分頻；1 0 3分頻；1 1 8分割。DCOR:選擇DCO resist。0內(nèi)阻1外阻。默認(rèn)時(shí)鐘模塊的工作方式和相關(guān)寄存器設(shè)置(例如，1從MCLK=XT2，SMCLK=DCOCLK，MCLK從P5.4輸出)(MSP430X14X的針P5.4和MCLK多路復(fù)用)。實(shí)現(xiàn)這些功能的方案包括：# include void main(void)unsigned int I；WDTCTL=WDTPW WDTHOLD/停止監(jiān)視程序p5dir |=0x 10；/P5.4輸出P5SEL |=0 X1

9、0/P5.4用作MCLK輸出BCSCTL1、5.1.1.7 MSP430F4XX系列時(shí)鐘模塊，MSP430F4XX系列時(shí)鐘模塊使用增強(qiáng)型鎖環(huán)技術(shù)FLL。時(shí)鐘模塊具有支持DCO、硬件自動曹征DCO頻率、時(shí)鐘配置的超低功耗應(yīng)用程序，可驅(qū)動低頻振蕩器，實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定頻率。LFXT1振蕩器；LFXT2振蕩器(41/42系列沒有LFXT2振蕩器)。MSP430F4XX系列時(shí)鐘模塊、MSP430F4XX的時(shí)鐘模塊提供的時(shí)鐘信號：ACLK輔助時(shí)鐘：ACLK可從LFXT1CLK信號中選擇，ACLK可從軟件中選擇為每個(gè)外圍模塊的時(shí)鐘信號。通常用于低速外圍設(shè)備。ACLK/n: ACLK通過1、2、4、8輸出到端號P1

10、.5，僅用于外部回路。這將使MSP430F4XX和MSP430X1XX系列的時(shí)鐘系統(tǒng)兼容。MCLK系統(tǒng)主時(shí)鐘：MCLK可通過軟件選擇LFXT1CLK、XT2CLK(包括XT2CLK)和dco clk 1、2、4、8分割獲得。MCLK主要用于CPU和系統(tǒng)。SMCLK子系統(tǒng)時(shí)鐘：軟件可從XT2CLK(包括XT2CLK)和DCOCLK中選擇，SMCLK主要用于高速外圍模塊。1 .FLL操作模式，如果RC振蕩器受到溫度和壓力影響的頻率偏移，則FLL將比較ACLK和DCOCLK/(N 1)的大小，從而使頻率積分器生成10位頻率偏差。積分器根據(jù)此偏差控制調(diào)整DCOCLK的頻率，以形成曹征反饋回路。DCO頻

11、率積分器的輸出可以從SCFI0和SCFI1讀取。計(jì)數(shù)器在每個(gè)ACLK周期中執(zhí)行1或1調(diào)整。頻率積分器的10位由硬件自動調(diào)節(jié)，其中5位是DCO的頻率周期選擇，5位由調(diào)制器控制。每32個(gè)DCC clk時(shí)鐘周期的周期累積變化可以通過調(diào)制器混合兩個(gè)相鄰的DCC clk周期來克服。如果禁止寄存器SCFQCTL1的控制位置M位置，則禁止調(diào)制器，并且不混合相鄰DCO周期。狀態(tài)寄存器(SR)的控制位SCG01上的FLL停止工作。2 .FLL故障控制，MSP430的硬件電路可以檢測振蕩器是否有故障。通常，如果振蕩器在大約100個(gè)振動周期中丟失，則設(shè)置振蕩器故障標(biāo)志OscFault。OscFault標(biāo)志是振蕩器失

12、效中斷標(biāo)志OFIFG位置、FLL振蕩器失效邏輯圖：FLL振蕩器4種失效情況：XT2OF: XT2振蕩器失效；XT1OF: LFXT1振蕩器在高頻模式(HF)下無法正常工作。LFOF: LFXT1振蕩器在低頻模式(LF)下無法正常工作。DCOF: DCO振蕩器故障。振動故障信號創(chuàng)建OFIFG標(biāo)志位置，如果OFIE也在，振動故障中斷請求非屏蔽中斷，(鄭智薰)屏蔽中斷響應(yīng)后，OFIE自動復(fù)位。OFIE的初始狀態(tài)已重置，即使發(fā)生振動故障情況，振動故障請求也不會中斷。振蕩器故障允許中斷位(OFIE)位于允許中斷寄存器IE1的1位中。振蕩器失效期間，標(biāo)志位(OFIFG)位于中斷寄存器IFG1的1位中。振蕩

13、器只能被單獨(dú)的允許位OFIE屏蔽，不能通過通用中斷允許或禁止GIE重置。用戶通常需要在PUC后標(biāo)識或設(shè)置振蕩器狀態(tài)，以確保振動錯(cuò)誤信號有效，因此應(yīng)編寫程序以避免永久放置OFIFG。PUC重置OFIE，因此不會發(fā)出中斷請求。如果從振蕩器故障接受中斷請求，則中斷可以自動重置位OFIE，從而阻止持續(xù)的中斷請求，直到軟件失效振蕩器錯(cuò)誤信號。達(dá)到此狀態(tài)后，OFIE可以根據(jù)模塊中斷一般規(guī)則重置位置。中斷請求接收服務(wù)時(shí)，中斷標(biāo)志OFIFG保留位置。這是必需的，因?yàn)樗cNMI中斷一起配置多源中斷，并指示軟件處理振蕩器故障事件。首先，此事件的優(yōu)先級高于NMI事件，這是提供OFIFG服務(wù)的條件。3 .MSP430

14、F4XX時(shí)鐘模塊寄存器、MSP430F4XX時(shí)鐘模塊寄存器是字節(jié)格式的(如表5-2所示)，必須通過字節(jié)命令訪問。(1) SCFQCTL系統(tǒng)時(shí)鐘控制寄存器，M:調(diào)制器啟用控制位。0調(diào)制器允許1調(diào)制器禁止N: DCOCLK倍數(shù)選擇位。DCOPLUS=0時(shí)，fdcoclk=(n1)faclk；如果DCOPLUS=1，則FDCOCLK=D(N 1)fACLK。(2)SCFI0系統(tǒng)頻率積分寄存器0，MODx(LSBx): 10位DCOCLK頻率曹征參數(shù)的最后兩位。含義見SCFI1寄存器部分。此10位DCOCLK頻率曹征參數(shù)由FLL硬件自動執(zhí)行。FLLDx: FFL環(huán)分頻系數(shù)D，DCOCLK在FLL反饋環(huán)

15、路上分頻。00未分區(qū)01 2分區(qū)10 4分區(qū)11 8分區(qū)FN_X: DCO clk頻率曹征范圍，如果需要根據(jù)目標(biāo)頻率更改FN_X位，則可以增加d或設(shè)置DCO。接下來的幾個(gè)步驟確保不超過系統(tǒng)允許的最大頻率。(3) SCFI1系統(tǒng)頻率積分寄存器1 MODx:調(diào)制器控制位的高3位，低2位控制寄存器SCFI0中的32種可能的周期混合方法。(4)FLL_CTL0 FLL控制寄存器，DCOPLUS:在將DCO用作MCLK或SMCLK之前是否需要預(yù)拆分選擇位？無0頻率拆分；1分割。XTS_FLL: LFXT1模式選擇位。0低頻模式1高頻模式。OscCap:振蕩器電容器選擇位。00 1pF；01 6pF；10

16、 8pF；11 10pF。XT2OF: XT2振蕩器故障標(biāo)志位；MSP 430 f41/42沒有XT2。0是無效的。1失敗。XT1OF: LFXT1振蕩器是高頻模式(HF)下的故障標(biāo)志位。0是無效的。1失敗。LFOF: LFXT1振蕩器是低頻模式(LF)下的故障標(biāo)志位。0是無效的。1失敗。DCOF: DCO振蕩器故障標(biāo)志位。0是無效的。1失敗。(5)FLL_CTL1 FLL控制寄存器1，SMCLKOFF:時(shí)鐘信號SMCLK關(guān)閉控制位。0 SMCLK打開。1 SMCLKXT2OFF:關(guān)閉XT2振蕩器，然后關(guān)閉控制位。如果XT2未用作MCLK(SELM2或CPUOFF1)或SMCLK(SELS0或SMCLKOFF1)，請關(guān)閉XT2。0 XT2關(guān)閉“打開：1 XT2”。SELMx: MCLK時(shí)鐘源選擇位。00 DCOCLK；01 DCOCLK；10xt2clk11lfxt 1clk sels: smclk時(shí)鐘源選擇位。0d coclk；1 XT2CLK。FLL_DIV: LFXT1頻率的分頻系數(shù)選擇位。00沒有分頻；01 2分頻；10 4分頻；11 8分割。示例1: MCLKXT2設(shè)置，SMCLKDCO