MSP430系列超低功耗单片机原理与系统设计 作者 李智奇 4-6 第5章.pptVIP

第5章 MSP430系列单片机片内外围模块 5.1 MSP430系列单片机的时钟模块与低功耗结构 　　1. 时钟模块概述　　时钟信号是定时操作的基本信号。在系统的时钟作用下，单片机内各部件可以有条不紊地自动工作。在数字系统中，系统功耗与频率成正比，所以实际应用中常希望系统能够具有满足节能要求的低频系统时钟，也能够具有快速响应事件请求的高频系统时钟。MSP430单片机的系统时钟设计满足了这些不同的要求： 　　? 高频率，用于对系统硬件需求和外部事件快速响应。　　? 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小时间延迟。　　各种时钟的频率应由设计者根据所需模块、处理速度等的实际需要以及对功耗的要求来综合考虑。MSP430采用了一个低频晶体振荡器，并将其倍频至标称的工作频率范围，即　 　　MSP430通过锁频环FLL以及增强锁频环FLL+等部件，将晶振频率倍频至系统频率。数字控制振荡器DCO和锁相环FLL技术的结合可以实现快速启动。在晶体振荡器失效时，DCO可自动用于系统时钟。MSP430所有器件都有时钟模块，都可以实现超低功耗应用。　　MSP430X1XX系列单片机基础时钟模块结构如图5-2所示，其中MSP430X11X与MSP430X12X内部没有XT2高频振荡器。 图5-2 MSP430F13X/14X基础时钟模块结构 　　MSP430X1XX基础时钟模块有以下3个时钟输入源。　　? LFXT1CKL为低频时钟源，由32 768 Hz晶体、标准晶体或陶瓷谐振器以及外接450 kHz～8 MHz时钟源产生。　　? XT2CLK为高频时钟源，由标准晶体、陶瓷谐振器或外接450 kHz～8 MHz时钟源产生。　　? ?DCOCLK为片内数字控制RC振荡器，经常用作系统和外设的时钟信号。 　　DCOCLK可提供3种时钟信号：　　? ACLK(辅助时钟)。ACLK是LFXT1CLK信号经1、2、4、8分频后得到的。ACLK可由软件选作各外围模块的时钟信号，一般用于低速外设。　　? MCLK(系统主时钟)。MCLK可由软件选择来自LFXT1CLK、XT2CLK、DOCCLK三者之一，然后经1、2、4、8分频得到。MCLK主要用于CPU和系统。　　? ?SMCLK(子系统时钟)。SMCLK可由软件选择来自LFXT1CLK、XT2CLK和DOCCLK其中之一，然后经1、2、4、8分频得到。SMCLK主要用于高速外围模块。 　 　　根据不同的应用要求和系统条件，MSP430X14X、MSP430F15X、MSP430F4XX等系列器件可以通过端口引脚在外部使用ACLK、 SMCLK和MCLK时钟信号。　　系统频率和系统的工作电压密切相关。某些应用中可能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，系统频率和系统工作电压之间的关系如图5-3所示。 图5-3 频率和工作电压的关系 　　2. 低速晶体振荡器　　MSP430系列的每种产品中都含有低速晶体振荡器——LFXT1。LFXT1振荡器默认工作模式是32 768 Hz低频模式，32 768Hz晶振通过XIN和XOUT两个引脚连接，所有保证工作稳定的元件和移相电容都集成在芯片中，这样可降低系统成本和系统功耗。LFXT1也可以通过外接450 kHz～8 MHz的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式，这时两个引脚还需外接电容，电容大小应根据晶体或振荡器特性来选择。 　　LFXT1的逻辑控制如图5-4所示。发生有效的上电清除信号PUC后，LFXT1振荡器开始工作。一次有效PUC信号可以将SR寄存器(状态寄存器)中的OSCOFF位复位，即允许LFXT1工作。如果LFXT1CLK信号没有用作SMCLK或MCLK信号，也可以通过软件置位OSCOFF，以禁止LFXT1工作。 　　3. 高速晶体振荡器　　高速振荡器即第二振荡器XT2，主要存在于X13X，X14X，X15X，X16X，X43X，X44X等器件中，它的工作特性与LFXT1振荡器工作在高频模式时类似，时钟信号XT2CLK由它产生。XT2的逻辑控制如图5-5所示，如果XT2CLK信号没有用作时钟MCLK和SMCLK，可以通过置位控制位XT2OFF(BCSCTL1)关闭XT2。 　　4. DCO振荡器　　MSP430的两个外部振荡器产生的时钟信号都可以经1、2、4、8分频后用做系统主时钟MCLK。如果振荡器失效，DCO振荡器会自动被选作MCLK的时钟源，因此由振荡器失效引起的NMI中断请求可以得到响应，甚至在CPU关闭的情况下也能得到处理。MSP430可以让任意被允许的中断请求在低功耗模式下得到服务