第07章 基本时钟和低功耗模式
MSP430系统时钟与低功耗讲义
低频振荡器VLO
内部集成了一个低频振荡器VLO，值是12kHz，频率受温度和 供电电压影响（范围4kHz～20kHz）。 一般用于对频率精度要求不高的场合。
MSP430系统时钟与低功耗
MSP430G2553引脚图
MSP430系统时钟与低功耗
举例
例1：将MSP430G2553的时钟设置为MCLK和SMCLK，且均为8MHz ，ACLK设为32.768kHz。（芯片外接32.768kHz手表晶振） DCOCTL=CALDCO_8MHZ; BCSCTL1=CALBC1_8MHZ;
void main(void) {
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; //关闭看门狗定时器
GPIO_Init();
//初始化GPIO
_enable_interrupts();
//等同_EINT，使能总中断
while(1)
{
__delay_cycles(1000000); //与CPU时钟相关的长延时
例4：将MSP430G2553的时钟设置:MCLK为4MHZ,SMCLK为2MHZ， ACLK设为32.768kHz.（芯片外接32.768kHz手表晶振） DCOCTL=CALDCO_8MHZ; BCSCTL1=CALBC1_8MHZ; BCSCTL2|=DIVM_1+DIVS_2;
MSP430系统时钟与低功耗
MSP430系统时钟与低功耗
P1OUT ^= BIT0;
//LED亮灭状态改变
P1OUT ^= BIT6;
//LED亮灭状态改变
}
}
MSP430系统时钟与低功耗
void GPIO_Init()
第七章复位和系统时钟
第七章复位和系统时钟7.1 复位复位，是系统开始正常运转前的一个必经过程，复位部分设计的好坏，关系体统的稳定。
STM32F10xxx 支持三种复位形式，分别为系统复位、上电复位和备份区域复位。
7.1.1 系统复位系统复位将复位除时钟控制寄存器CSR中的复位标志和备份区域中的寄存器以外的所有寄存器(见图7-1-1)。
图7-1-1复位系统图当以下事件中的一件发生时，产生一个系统复位：1. NRST管脚上的低电平(外部复位)2. 窗口看门狗计数终止(WWDG复位)3. 独立看门狗计数终止(IWDG复位)4. 软件复位(SW复位)5. 低功耗管理复位可通过查看RCC_CSR控制状态寄存器中的复位状态标志位识别复位事件来源。
软件复位，通过将Cortex™-M3中断应用和复位控制寄存器中的SYSRESETREQ位置’1’，可实现软件复位。
低功耗管理复位在以下两种情况下可产生低功耗管理复位：1. 在进入待机模式时产生低功耗管理复位：通过将用户选择字节中的nRST_STDBY位置’1’将使能该复位。
这时，即使执行了进入待机模式的过程，系统将被复位而不是进入待机模式。
2. 在进入停止模式时产生低功耗管理复位：通过将用户选择字节中的nRST_STOP位置’1’将使能该复位。
这时，即使执行了进入停机模式的过程，系统将被复位而不是进入停机模式。
7.1.2 电源复位当以下事件中之一发生时，产生电源复位：1. 上电/掉电复位(POR/PDR复位)2. 从待机模式中返回电源复位将复位除了备份区域外的所有寄存器。
(见图7-1-1) 图中复位源将最终作用于RESET管脚，并在复位过程中保持低电平。
复位入口矢量被固定在地址0x0000_0004。
备份区域拥有两个专门的复位，它们只影响备份区域。
7.1.3备份域复位当以下事件中之一发生时，产生备份区域复位。
软件复位，备份区域复位可由设置备份区域控制寄存器RCC_BDCR中的BDRST位产生。
数字电路低功耗设计
数字电路低功耗设计数字电路是现代电子设备中的重要组成部分，其功耗的控制对于延长设备的续航时间、提高设备性能以及降低散热压力都具有至关重要的意义。
本文将介绍数字电路低功耗设计的相关内容，包括技术原理、优化方法和实践指导。
一、技术原理1.1 时钟频率控制时钟频率是数字电路中最主要的功耗来源之一，通过降低时钟频率可以有效减少功耗。
在设计数字电路时，应合理选择合适的时钟频率，并结合实际需求进行调整。
可以采用动态时钟频率调整技术，根据电路负载情况自适应地调整时钟频率，以实现在不损失性能的前提下降低功耗。
1.2 算法优化在数字电路设计中，算法的优化也是降低功耗的重要手段之一。
通过优化算法、改变数据处理方式等方法，可以减少电路的计算量和数据传输量，从而降低功耗。
例如，可以使用更高效的算法代替传统算法，减少计算步骤和数据冗余，提高电路的运算效率。
1.3 电源管理合理的电源管理对于数字电路的低功耗设计至关重要。
可以采用多电源供电技术，为不同模块提供不同的供电电压和电流，以满足不同模块的功耗需求。
另外，利用睡眠模式和唤醒机制也可以实现电路在不同工作状态下的功耗优化。
二、优化方法2.1 逻辑综合和布局布线优化在数字电路的实际设计过程中，采用合理的逻辑综合和布局布线方法可以达到低功耗的目的。
逻辑综合阶段可以通过综合工具对逻辑电路进行优化，减少门级数目、减少逻辑层次，从而减少功耗。
在布局布线阶段，可以进行电源线与信号线的合理布局，以降低功耗和信号干扰。
2.2 时钟网络优化时钟网络对数字电路的功耗影响明显，因此时钟树的优化也是低功耗设计中的重要环节。
通过对时钟信号的路径和布线进行优化，可以减少时钟延迟和功耗。
此外，还可以采用局部时钟网格布线技术，有效减少时钟传输路径的长度，降低电路的功耗。
2.3 选择合适的存储器存储器在数字电路中占据较大的比例，其功耗也相对较高。
因此，在低功耗设计中选择合适的存储器是非常重要的。
可以选择低功耗的存储器类型，例如低功耗SRAM、快速闪存等，同时合理设计存储器的访问方式和结构，以减少功耗。
第07章 基本时钟和低功耗模式
CPU总线 100MHz
显卡
AGP 66MHz
北桥 440BX
100MHz
内内内存存存条条条
CMOS & RTC
PCI 总线 33MHz
南桥 PIIX4E
IDE1 IDE2
ISA总线 8MHz
超级 I/O
COM1 COM2
PCI 插槽
ISA 插槽
ROM BIOS
主板
实验箱 硬盘
IDE
光驱
COM1
MODEM 打印机
• 各模块通过地址(MAB)、数据(MDB)和控制(MCB)三大总线互连
四、指令周期
●执行一条指令所需要的时间称为指令周期。
执行一条指令的时间: 是取指令、执行指令、取操作数、存放结果所需时间的总和。 用所需的时钟周期数表示。
例
MOV R4, R6
1个T周期
MOV 2(R5),R15 3个T周期
ADD 4(R5), 8(R15) 6个T周期
32768Hz XOUT 0V
LF
XT
LFoff XT1off
XTCAPx LFXT1低频振荡器
G2553： 不支持XT2， Xin/Xout 无 高 频 模 式 ， 也没有ROSC选择
MODx
SCG0 RESx DCOx
DC
DCO n
Generator
n+1
0 1
DCOCLK
数字
DC数字控制振荡器 控制时钟
这些操作统称为总线操作。 地址总线 AB
CPU
存 I/O 输 储 接入 器 口设
备
I/O 接
口
输 出 设 备
数据总线 DB 控制总线 CB
低功耗设计的原理
低功耗设计的原理低功耗设计是指通过降低电路或系统的功耗，以实现更长的电池续航时间或更少的能源消耗。
在如今电池寿命短、能源供应有限的背景下，低功耗设计变得越来越重要。
下面将从电源管理、电路设计和软件优化等方面介绍低功耗设计的原理。
一、电源管理1. 选择低功耗组件：在设计电路时，应尽量选择低功耗的组件，例如低功耗微控制器、低功耗传感器等。
这些组件具有较低的静态功耗和动态功耗，能够有效降低整体功耗。
2. 睡眠模式设计：通过在系统中设计睡眠模式，降低待机功耗。
在睡眠模式下，关闭不必要的模块和功能，进入低功耗状态。
在实际使用中，应根据实际需求选择合适的睡眠模式和唤醒机制。
3. 降压和功耗优化：采用降压技术可以使芯片和外围设备在较低的电压下工作，从而降低功耗和能耗。
此外，通过功耗优化算法，合理分配能量需求，减少不必要的能源消耗。
二、电路设计1. 优化时钟频率：时钟是电路中最大的功耗源之一，因此通过降低时钟频率可以有效降低功耗。
在设计过程中，选择适当的时钟频率，避免过高的频率导致功耗过大。
2. 电源管理单元(PSU)设计：通过合理配置电源管理单元，实现对系统的有效电源控制。
包括电源切换、电源管理和电源监测等功能，可以降低系统的功耗。
3. 优化功率放大器：在模拟电路设计中，功率放大器通常是功耗最大的部分之一。
通过优化功率放大器结构和电流控制，降低功耗是一种常用的设计方法。
三、软件优化1. 休眠与唤醒机制：合理利用休眠与唤醒机制，将系统在闲置状态下的功耗降到最低。
通过软件设置合适的休眠模式和唤醒方式，在不影响系统正常工作的前提下降低功耗。
2. 任务调度与优化：通过优化任务调度算法，合理分配任务执行优先级和时间片，减少CPU空闲时间和功耗。
合理利用中断，减少循环检测时间，优化任务执行时间等也可以降低系统的功耗。
3. 数据传输与处理优化：在数据传输和处理过程中，通过减少数据传输次数和数据处理时间，以及合理选择数据压缩和数据加密算法等手段，降低系统的功耗。
实验名称：基本时钟和低功耗模式
实验名称：基本时钟和低功耗模式姓名：学号：实验班号：机器号：一．实验目的1. 了解MSP430Gxxx基本时钟模块的工作原理，掌握其控制方法；2. 掌握利用时钟信号和中断技术实现定时功能的方法；3．掌握低功耗模式控制方法。
二.实验任务1.数字示波器的使用（在实验5中已完成）1）将信号源的波形在示波器上显示出来，掌握测量周期、频率、峰峰值的方法；2）用导线将实验板的地信号与示波器的地信号相连，测量实验板上的Vcc电源信号是否正常。
2.测试上电复位系统ACLK、和SMCLK时钟频率，了解基本时钟模块控制寄存器各位作用。
新创建一个MSP430G2553项目，在给出的main.c基础上，编程输出单片机上电复位后的ACLK、和SMCLK时钟，用示波器测量其频率值，记录下来。
答：上电复位后的ACLK时钟频率为32.77kHz上电复位后的SMCLK时钟频率为1.04MHz程序见程序清单中的程序2.c思考：1)将实验板上JP8中间的两个插针接到：(1) 32.768KH晶振侧，如图6-1；(2) P2.6/P2.7侧，如图6-2。
测得ACLK的结果有何不同?图6-1 图6-2 答：接到32.768KH晶振侧时，测得结果为32.77kHz，接到P2.6/P2.7侧，测得结果为890kHz。
2)在debug下如图6-3，通过View/Register 更改System Clock模块控制寄存器值，分别置DIVA1、DIVA0=01、11；DIVS1、DIVS0=10、11；置LFXT1S0、LFXT1S0=00、10，记录示波器测量得到的ACLK（P1.0输出）和SMCLK（P1.4输出）的频率值，填写在表6-1、6-2、6-3中，掌握时钟模块各控制寄存器相关位的作用。
图6-3 通过View/Register 更改System Clock模块控制寄存器值表6-1 DIVAxx与ACLK关系表6-2 DIVSxx与SMCLK关系表6-3 LFXT1Sxx与ACLK关系3)分析上电复位后，CPU工作的时钟信号MCLK频率值是多少？答：根据上电复位后寄存器的值，可以发现上电复位后MCLK频率值实际上是与SMCLK频率值相等的（时钟源均为DCO，且均为一分频），而上电复位后测得的SMCLK时钟频率为1.04MHz，故上电复位后MCLK频率值为1.04MHz。
5_低功耗模式
低功耗应用举例（2/3）
do { UCSCTL7 &= ~(XT2OFFG + XT1LFOFFG + XT1HFOFFG + DCOFFG); // 清零XT1、XT2、DCO故障标志位 SFRIFG1 &= ~OFIFG; // 清零SFR中的故障标志位 }while (SFRIFG1&OFIFG); // 检测振荡器故障标志位 UCSCTL6 &= ~(XT1DRIVE_3); // XT1现在稳定了，降低驱动力 UCSCTL4 &= ~(SELA0 + SELA1 + SELA2); // 确保ALCK时钟源为XT1 // 端口 配置 P1OUT = 0x00; P2OUT = 0x00; P4OUT = 0x00; P5OUT = 0x00; P7OUT = 0x00; P8OUT = 0x00; PJOUT = 0x00; P1DIR = 0xFF; P3DIR = 0xFF; P4DIR = 0xFF; P6DIR = 0xFF; P7DIR = 0xFF; 9DIR = 0xFF; PJDIR = 0xFF;
低功耗工作模式（1/2）
用户可通过软件配置成7种不同工作模式：1种活动模式和 6种低功耗模式(LPM0到LPM4、LPM3.5和LPM4.5)。
通过设置控制位MSP430可以从活动模式进入到相应的低 功耗模式；而各种低功耗模式又可通过中断方式回到活动模 式。如下图，显示了各种模式之间的关系。
低功耗工作模式（2/2）
进入和退出低功耗模式（LPM0～LPM4）（4/4）
在上述处理过程中，堆栈的变化情况，如下图所示：
堆栈初始出低功耗模式（LPMx.5）（1/1）
低功耗模式 LPMx.5 的进入和退出与其他低功耗模式不同。 恰当的使用 LPMx.5 模式，可以获得更低的功耗。 当进入LPMx.5（LPM3.5和LPM4.5）模式时，电源管理模块 （PMM）的电压调节器也停止工作。所有的RAM、寄存器及 IO口的配置数据都将丢失，所有的IO口被锁定在当前状态。 LMP4.5可以通过上电、复位或具体的IO口来唤醒。在 LPM3.5模式下，除了可以用LPM4.5模式下的唤醒事件外，还 可用RTC唤醒事件来唤醒。 从LPMx.5模式下退出都会产生一次BOR事件。因此，在退 出LPMx.5模式后，IO口的状态将一直保持锁定状态直到应用 程序解除锁定，用户应根据需要重新配置芯片。
低功耗设计物理实现方法
低功耗设计物理实现方法
低功耗设计物理实现方法有很多，以下列举了一些常见的方法：
1. 电源管理：通过使用功率管理电路和适当的电源管理策略，可以降低电路的静态功耗。
例如，使用睡眠模式以及动态电压和频率调节技术可以降低电路在闲置状态下的功耗。
2. 时钟管理：减少时钟频率可以降低电路的功耗。
通过优化时钟分配和时钟树设计，可以消除时钟冗余和减小时钟延迟，从而降低功耗。
3. 电路优化：通过使用优化的电路设计技术，如逻辑合成和优化、布局和布线优化，可以减小电路的面积和功耗。
4. 错误容忍设计：使用纠错码、校验位等技术来检测和修复数据传输过程中发生的错误，从而减少重传或重新计算的次数，降低功耗。
5. 采用低功耗器件和技术：选择具有低功耗特性的器件和技术，如低功耗CMOS器件、偏置和传输门技术，可以降低电路的
功耗。
6. 优化电源网络设计：通过设计适当的电源网络和电源噪声滤波器，可以降低功耗和噪声干扰。
7. 动态电压和频率调节：根据电路的工作负载情况，动态调整电压和频率，以降低功耗和延长电池寿命。
8. 优化数据传输：采用更高效的通信协议和数据传输机制，减少数据传输的次数和数据传输的距离，从而降低功耗。
9. 优化功耗分析：使用功耗分析工具和技术，对电路进行功耗建模和分析，找出并优化功耗较高的部分。
以上仅列举了一些常见的低功耗设计物理实现方法，具体的实践中还可以根据具体的需求和应用场景做出更具体的优化和调整。
低功耗模式下微控制器时钟配置应用
低功耗模式下微控制器时钟配置应用■清华大学 安鹏在微控制器的低功耗应用中,对时钟的设置是很重要的一个方面。
不同类型的微控制器在低功耗模式下对时钟的配置也各有不同。
飞思卡尔公司推出的增强型8位微控制器HCS08系列具有很强的低功耗性能。
其中, HCS08系列里的MC9S08Q G8在同类产品的基础上对低功耗应用下的时钟又有了进一步的改进。
1 MC9S08Q G8及其内部时钟模块介绍微控制器MC9S08Q G8是飞思卡尔公司新推出的一款8位增强型微控制器。
它是小封装、低功耗的产品,但这并不意味着它是“低端”的产品;相反,它是一个高度集成的、功能丰富的、适用于各种应用的低价位单片机。
MC9S08Q G8采用高性能、低功耗的HCS08内核,具有很高的集成度,还包括更长的电池寿命(即使工作电压低至1.8V,也能发挥最大效能)、业界领先的Flash技术以及创新的开发支持。
MC9S08Q G8集成了背景调试系统(BDM)以及可进行实时总线捕捉的内置在线仿真(ICE)功能,具有单线的调试及仿真接口。
MC9S08Q G8微控制器的运行模式有很多种,包括正常运行模式、等待模式、背景调试模式以及停止模式。
其中,与低功耗应用关系密切的停止模式又分为3个阶段:停止模式1———内部电路全部断电,以最大限度地节省电源;停止模式2———可选择部分断电,RAM内容保持;停止模式3———内部电路都可快速恢复运行,RAM、Flash内容保持。
MC9S08Q G8内部时钟模块由4个子模块组成:锁频环、内部参考时钟、外部振荡器、时钟选择逻辑模块,如图1所示。
锁频环的输出频率为参考时钟频率的512倍,包括3个主要部分:参考频率选择、数字控制振荡器和用于比较这两个部分输出的滤波器。
锁频环是通过比较数字控制振荡器时钟与参考时钟的频率来工作的。
锁频环对一个参考时钟周期内的数字控制振荡器时钟脉冲边沿数进行计数,因此,对于512倍的倍频器,锁频环应该在参考时钟的每两个上升沿之间得到512个数字控制振荡器输出的上升沿。
基本时钟模块和低功耗模式
实验8. 基本时钟模块和低功耗模式一、实验目的1.了解MSP430基本时钟模块的工作原理，掌握其控制方法；2.了解利用时钟信号和中断技术实现定时功能的方法；3.巩固C语言程序设计方法。
二、实验任务1.数字示波器的使用1）测量示波器自带的周期性方波信号，掌握测量周期、频率、峰峰值的方法；2）用孔孔导线将实验板的地信号与示波器的地信号相连，测量实验板上的5v、3.3v 电源信号是否正常。
2.掌握基本时钟模块的编程分别用汇编语言与C语言编程控制基本时钟系统模块，使ACLK=4096Hz，并通过P5.6或P2.0输出该ACLK。
利用示波器观察输出的ACLK时钟信号，测量其频率。
思考：1）可否编程在引脚P5.2上输出ACLK？为什么？不能，该引脚没有这种输出功能。
2)上电复位后，CPU工作时钟信号MCLK频率值是多少？是8Mhz吗？编程在P5.4上输出MCLK，用示波器测量该频率值，并记录该频率值。
测得输出频率不是8Mhz，而是735.3Khz。
3.低功耗模式学习在实验7中断技术任务3的程序基础上,主程部分增加在管脚P5.5、P5.6、P5.4上分别输出当前系统的SMCLK、ACLK、MCLK时钟信号 DCOCTL、BCSCTL1、BCSCTL2寄存器均采用上电复位值 在无限循环 JMP $和while(1) { }; 前加入LPM0低功耗模式控制 其他不变程序清单如下：（C语言）1）操作Key5或Key6键 用示波器观察输出的MCLK、SMCLK、ACLK 有无变化 分析为什么 比较加入和不加入低功耗模式控制CPU在执行流程上的不同。
ACLK MCLK SMCLK 按键前32.89Khz 0 735.3Khz按键后32.89Khz 735.3Khz 735.3Khz进入LPM0时，CPU和MCLK被禁止，ACLK和SMCLK继续工作，故此时MCLK无信号，当按下键后，发出中断申请，处于低功耗模式的单片机切换，MCLK输出信号。
低功耗设计精解
低功耗设计精解低功耗设计已经逐渐成为了现代工业界的一个热点话题。
年复一年，电子设备的数量与种类呈爆炸式增长，而且使用这些设备的人们对于节能环保的呼声也在不断升高。
低功耗设计就是通过采用各种技术手段来最大限度地降低电子设备的功耗。
本文主要讲解低功耗设计的基本概念、设计技巧以及应用案例。
一、低功耗设计的基本概念1、功耗分类在进入低功耗设计之前，需要了解功耗的分类。
功率和能量是衡量功耗的两个方面。
功率是指在单位时间内消耗的能量，通常使用单位为瓦。
而能量是指在特定时间内消耗的总能量，通常使用单位为焦。
在功能上，功耗分为静态功耗和动态功耗。
静态功耗表示在电路当前没有消耗能量时的功耗。
而动态功耗表示在信号变化时的功耗。
在使用过程中，静态功耗常常被忽略，主要关注的是动态功耗。
因为在电路实际使用中，电路一直处于工作状态，所以动态功耗是相对重要的一个因素。
在低功耗设计中，有一些专门用来描述电路性能的术语，例如功率、能耗、能效、效率等。
这些术语的定义，也是低功耗设计中的基本概念。
具体解释如下：（1）功率功率是指电路单位时间内消耗的能量，通常使用单位为瓦。
在低功耗设计中，目标是降低电路的功率，从而使设备能够更长时间地工作，或者使用更小的电池。
（2）能耗能耗是指完成某种任务所需的总能量。
可以用来衡量电路的实际效率。
在低功耗设计中，能耗越小，电路的效率就越高。
（3）能效（4）效率功耗估算是在设计电路之前，通过器件选型、计算电路的参数以及设计电路的结构等，对电路的功耗进行初步预测的过程。
通过功耗估算，可以提前发现电路的功耗问题，及时进行优化和改造。
2、电源管理电源管理是指通过采用各种技术手段，对设备的电源进行专门设计，以最大限度地降低功耗。
例如使用深度睡眠模式、优化电源设计、使用节能器件等，都可以提高电路的节能效果。
3、时钟管理在数字电路中，时钟管理是非常重要的。
一个正确的时钟管理方案可以带来不小的功耗节约效果。
例如使用异步电路、时钟门控电路等技术，可以在不降低性能的情况下降低功耗。
低或耗模式下微控制器时钟配置应用
用 作通 用 ＩＯ。输 入 频 率 可 以 是 ０ Ｈｚ ２ ／ ～ ０ ＭＨｚ 间 的 之 任 意值 。 由 于 引 脚 的 限 制 ， 些 ＭＣ 可 能 没 有 外 部 振 有 Ｕ
荡器 。
停 止 模 式 ２ — 可 选 择 部分 断 电 ， ＡＭ 内 容保 持 ； — Ｒ 停 止 模 式 ３ — 内 部 电路 都 可 快 速 恢 复 运 行 ， ＡＭ 、 — Ｒ Ｆａｈ内 容保 持 。 ｌ ｓ ＭＣ ￣ ８ Ｇ ９ Ｑ ８内 部 时 钟模 块 由 ４ 子模 块 组 成 ： 频 个 锁 环、 内部参 考 时 钟 、 部 振 荡 器 、 钟 选 择 逻 辑 模 块 ， 图 １ 外 时 如
到 ５ ２个 数 字 控 制 振 荡 器 输 出 的 上 升 沿 。 锁 频 环 的实 现 １
的 一个 方 面 。不 同类 型 的微 控 制 器 在 低 功 耗 模 式 下 对 时 钟 的 配 置 也各 有 不 同 。飞 思 卡 尔 公 司 推 出 的增 强 型 ８位
微控 制 器 Ｈห้องสมุดไป่ตู้Ｓ ８系 列 具 有 很 强 的 低 功 耗 性 能 。其 中 ， ０
（ ＤＭ） Ｂ 以及 可 进 行 实 时 总 线 捕 捉 的 内 置 在 线 仿 真 （ＣＥ） Ｉ 功能 ， 有 单 线 的调 试 及 仿 真 接 口 。 具 ＭＣ ￣ ８ ９ ＱＧ８微 控 制 器 的运 行 模 式 有 很 多种 ， 括 正 包 常 运 行 模 式 、 待 模 式 、 景 调 试 模 式 以 及 停 止 模 式 。 其 等 背 中 ， 低 功 耗 应 用 关 系 密 切 的停 止 模 式 又 分 为 ３个 阶 段 ： 与 停 止 模 式 １ — 内 部 电路 全 部 断 电 ， — 以最 大 限 度 地 节 省 电源 ；
低功耗电路设计中的时钟管理策略
低功耗电路设计中的时钟管理策略在低功耗电路设计中，时钟管理策略起着至关重要的作用。
时钟信号在数字电路中被广泛应用，用于同步各个部件的工作节奏。
有效的时钟管理策略可以降低功耗、提高系统性能，并且有助于延长电池寿命。
首先，在低功耗电路设计中，选择合适的时钟频率是至关重要的。
较高的时钟频率会带来较高的功耗，因此需要根据电路的实际需求来选择最适合的时钟频率。
在实际设计中，可以根据功耗和性能需求进行权衡，比如可以采用动态调频技术，在系统负载较大时提高时钟频率，而在系统空闲时降低时钟频率，以达到节能的目的。
其次，在低功耗电路设计中，采用异步时钟管理策略是一个有效的方法。
传统的同步时钟会在每个时钟周期都进行数据传输，而异步时钟则是在数据准备好时才进行传输，从而减少不必要的功耗。
异步时钟管理策略可以在系统空闲时关闭时钟，降低功耗，而在需要时再开启时钟，以提高系统性能。
另外，在低功耗电路设计中，采用多时钟域管理策略也是一个有效的方法。
多时钟域指的是将整个系统划分成多个独立的时钟域，每个时钟域有自己的时钟信号。
这样可以减少时钟信号的传输距离，减少时钟信号的干扰，从而降低功耗的同时提高系统性能。
此外，在低功耗电路设计中，采用时钟门控技术也是一个重要的策略。
时钟门控技术指的是根据需要打开或关闭时钟信号的传输，以减少不必要的功耗。
比如可以在系统空闲时关闭部分时钟门控，减少功耗，而在需要时再打开时钟门控，提高系统性能。
综上所述，在低功耗电路设计中，时钟管理策略是非常重要的。
合理选择时钟频率、采用异步时钟管理策略、多时钟域管理策略以及时钟门控技术都是有效的方法，可以降低功耗、提高系统性能，并延长电池寿命。
设计人员应根据实际需求选择合适的时钟管理策略，以实现低功耗的设计目标。
STM微控制器的低功耗模式及其应用场景
STM微控制器的低功耗模式及其应用场景在物联网时代的到来，对于电子设备来说，低功耗一直是一个重要的考量因素。
对于STM微控制器来说，它的低功耗模式是其重要的特性之一。
本文将介绍STM微控制器的低功耗模式及其在不同应用场景中的应用。
一、STM微控制器的低功耗模式STM微控制器的低功耗模式是指在特定条件下控制器可以降低功耗，以延长电池寿命或提高设备的效能。
低功耗模式主要分为以下几种：1. 低功耗运行模式在该模式下，控制器在低功耗状态下继续执行程序。
为了降低功耗，控制器会降低工作频率或关闭一些不必要的外设模块。
2. 低功耗睡眠模式在睡眠模式下，控制器暂停执行程序，并关闭大部分的外设模块，仅保留必要的时钟和存储器。
睡眠模式能有效地降低功耗，是一种常见的低功耗应用模式。
3. 低功耗停机模式停机模式是控制器达到最低功耗的模式。
在停机模式下，控制器会完全关闭，并断开与外界的连接。
在需要唤醒时，控制器通过外部事件或定时器实现。
二、STM微控制器低功耗模式的应用场景STM微控制器的低功耗模式在各种应用场景中都有广泛的应用。
以下将介绍其中一些典型的场景：1. 无线传感器网络无线传感器网络在环境监测、智能家居等领域中广泛应用。
传感器节点通常需要长时间连续运行，但电池容量有限。
STM微控制器的低功耗模式使传感器节点在保证长时间工作的同时，能够极大地延长电池寿命。
2. 智能穿戴设备智能穿戴设备如智能手表、健康监测设备等通常需要长时间佩戴并实时监测。
低功耗模式能够降低设备的功耗，延长续航时间，并提供更好的使用体验。
3. 电池供电设备对于电池供电的设备，低功耗模式尤为重要。
比如智能门锁、远程控制器等设备通常需要长时间待机，但需要在用户触发时迅速响应。
低功耗模式能够在保持设备待机状态时，准备随时响应用户的操作，提高用户体验。
4. 通信模块通信模块如蓝牙模块、WiFi模块等通常需要较长的待机时间，但需要在收到消息时迅速启动以响应。
单片机的电源管理及低功耗设计技巧
单片机的电源管理及低功耗设计技巧在单片机的设计中，电源管理是非常重要的一环，尤其在如今对于低功耗、高效能的要求下，更是需要充分考虑电源管理的问题。
本文将介绍单片机电源管理的相关知识以及一些低功耗设计技巧，帮助大家更好地设计单片机系统。
首先，我们需要了解单片机系统中的各种电源模式。
在单片机运行过程中，有时需要正常工作模式，有时需要休眠模式或者其他低功耗模式。
为了实现这些模式之间的切换，需要合理设计电源管理电路。
一般来说，单片机系统的电源管理包括如下几个方面：1. 电源模块设计：电源模块的选取和设计对于整个系统的功耗和稳定性至关重要。
常见的电源模块包括稳压芯片、开关电源等，需要根据具体的应用场景选择适合的电源模块。
2. 电池管理：如果单片机系统需要使用电池供电，那么电池管理的设计就显得尤为重要。
需要考虑电池的类型、电量检测、充放电保护等问题，以确保电池的安全可靠性。
3. 时钟管理：时钟管理也是电源管理的一个重要方面。
单片机系统中的时钟模块需要根据具体的要求选择适合的时钟源，以实现低功耗和高精度的要求。
4. 供电检测：供电检测可以用来判断系统当前的工作状态，以便根据不同的情况选择合适的电源模式，从而实现节能的目的。
在电源管理的基础上，我们可以进一步讨论一些低功耗设计技巧。
在单片机系统中，功耗的优化是设计过程中需要着重考虑的问题。
以下是一些常见的低功耗设计技巧：1. 选择合适的工作模式：单片机系统通常具有多种工作模式，如正常工作模式、睡眠模式、停止模式等。
针对具体的应用需求，选择合适的工作模式以最大程度地降低功耗。
2. 外设管理：在单片机系统中，外设的功耗也是需要考虑的问题。
在不需要使用外设时及时关闭外设的电源以降低功耗。
3. 时钟频率调节：单片机系统中的时钟频率是影响功耗的重要因素之一。
根据实际需求调节时钟频率，可以降低功耗同时又满足性能需求。
4. 有效利用休眠模式：在单片机系统中，休眠模式通常具有极低的功耗，可以通过合理利用休眠模式来降低整个系统的功耗。
S3C2410中文手册第7章 时钟和功率管理
第七章时钟和功率管理概述时钟和功率管理模块由三部分组成：时钟控制，USB控制和功率控制。
S3C2410A的时钟控制逻辑能够产生系统所需要的时钟，包括CPU的FCLK，AHB总线接口的HCLK，和APB总线接口的PCLK。
S3C2410A有两个PLL，一个用于FCLK,HCLK,PCLK，另一个用于USB模块（48MHZ）。
时钟控制逻辑能够由软件控制不将PLL连接到各接口模块以降低处理器时钟频率，从而降低功耗。
S3C2410A有各种针对不同任务提供的最佳功率管理策略，功率管理模块能够使系统工作在如下4种模式：正常模式，低速模式，空闲模式和掉电模式。
正常模式：功率管理模块向CPU和所有外设提供时钟。
这种模式下，当所有外设都开启时，系统功耗将达到最大。
用户可以通过软件控制各种外设的开关。
例如，如果不需要定时器，用户可以将定时器时钟断开以降低功耗。
低速模式：没有PLL的模式。
与正常模式不同，低速模式直接使用外部时钟（XTIpll或者EXTCLK）作为FCLK，这种模式下，功耗仅由外部时钟决定。
空闲模式：功率管理模块仅关掉FCLK，而继续提供时钟给其他外设。
空闲模式可以减少由于CPU核心产生的功耗。
任何中断请求都可以将CPU从中断模式唤醒。
掉电模式：功率管理模块断开内部电源。
因此CPU和除唤醒逻辑单元以外的外设都不会产生功耗。
要执行掉电模式需要有两个独立的电源，其中一个给唤醒逻辑单元供电，另一个给包括CPU在内的其他模块供电。
在掉电模式下，第二个电源将被关掉。
掉电模式可以由外部中断EINT[15:0]或RTC唤醒。
功能描述时钟结构图7-1描述了时钟架构的方块图。
主时钟源由一个外部晶振或者外部时钟产生。
时钟发生器包括连接到一个外部晶振的振荡器和两个PLL（MPLL和UPLL）用于产生系统所需的高频时钟。
时钟源选择表7-1描述了模式控制引脚(OM3和OM2)和选择时钟源之间的对应关系。
OM[3:2]的状态由OM3和OM2引脚的状态在nRESET的上升沿锁存得到。
低功耗状态缩写
低功耗状态缩写低功耗状态（Low Power Mode）是一种节能模式，使设备在电量低的情况下仍可正常运行。
该模式通过降低设备的性能和限制某些功能来减少电池消耗，以延长设备的使用时间。
在低功耗状态下，设备的处理器、屏幕亮度、网络连接、地理定位等方面都会进行一定程度的减少或关闭。
本文将介绍低功耗状态的原理、优势和适用场景，并分析其对设备性能和用户体验的影响。
低功耗状态的原理主要是通过对设备的硬件和软件进行优化来实现节能的目的。
从硬件角度来看，一些组件如处理器、图形卡、无线模块等在低功耗状态下可以减少工作频率、降低电压或停止工作。
例如，处理器可以降低时钟频率以降低能耗；图形卡可以停止渲染复杂的图形效果；无线模块可以关闭蓝牙、Wi-Fi等连接。
从软件角度来看，操作系统可以通过优化调度算法、限制应用程序的后台活动、降低屏幕亮度等方式来减少电量消耗。
低功耗状态的优势主要体现在以下几个方面。
首先，低功耗状态可以延长设备的使用时间。
对于一些电量不足的情况，开启低功耗模式可以使设备更长时间地保持可用状态，延迟充电的需求。
其次，低功耗状态可以减少能源的消耗。
这有助于降低设备的碳排放量，对环境有益。
另外，低功耗状态可以降低设备发热量，减少散热需求，有助于提升设备的稳定性和寿命。
低功耗状态在一些特定的场景中得到广泛应用。
首先，对于移动设备（如智能手机、平板电脑等），低功耗模式可以延长电池寿命，减少日常充电的频率，提升用户的便利性。
在旅途中、户外活动中、长时间使用中等情况下，开启低功耗模式可以有效延长设备的使用时间。
其次，对于物联网设备（如智能家居、智能手表、智能车辆等），低功耗模式可以保证设备的长时间运行，减少能源消耗，降低设备的使用成本。
在家庭、工业、农业等领域，低功耗模式可以使物联网设备更加智能、便捷、可靠。
最后，对于服务器和数据中心等大规模计算设备，低功耗状态可以降低能源消耗，减少运行成本，提高资源利用率。
在云计算、大数据分析、人工智能等领域，低功耗模式有助于提升计算效率和性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验箱
PCI 插槽
USB
CMOS & RTC
南桥 PIIX4E
IDE1 IDE2
硬盘
IDE
ISA总线 8MHz
光驱
ISA 插槽 COM1
软驱
键盘鼠标
ROM BIOS
COM1
超级 I/O
COM2
MODEM
打印机
LPT1
MSP430G2xx基本时钟模块 Basic Clock Module
ACLK 振荡器 系统 SMCLK Flash ROM 时钟
0 1
DC
n DCO n+1
DCOCLK
P1.4
Rosc
DC数字控制振荡器
数字 控制时钟
0 1
/1/2/4/8
Devider
0 1
选择器 分频器
SMCLK
MSP430Gxxx的四个时钟源
LFXT1CLK: XT1振荡器 由外部通过XIN/XOUT引脚接入振荡器. 可接低频振荡器，一般是32.768KHz 有的也可接高频振荡器，频率在4MHz~16MHz XT2CLK : XT2振荡器 由外部通过XIT2N/XT2OUT引脚接入振荡器. 接高频振荡器，频率在4MHz~16MHz DCOCLK : 片内数字可控RC振荡器. 能提供较宽的时钟频率，如从几十KHz到16Mhz， 受温度和工作电压影响大 VLOCLK : 片内低功耗低频振荡器，频率为12KHz. 受温度和工作电压影响大
0 1
DC
DCO n n+1
DCOCLK
P1.4 SMCLK
DC数字控制振荡器
用所需的时钟周期数表示。
例
MOV R4, R6
1个T周期
MOV 2(R5),R15
ADD 4(R5), 8(R15)
3个T周期
6个T周期
●指令中操作数的寻址方式影响指令周期(详见第2章)
MSP430各种寻址方式的指令周期和长度 MSP430x2xx Family User’s Guide P61
源操作数 目的操作数 Rm
RAM
外围 模块
外围 模块
外围 模块
外围 模块
MCLK
16位 RSIC
MAB 16-bit
JTAG
MCB
总线 控制
CPU
4
调试 模块 MDB 16-bit
MDB
8-bit
WDT
外围 外围 模块 模块
外围 模块
外围 模块
外围 模块
二、T状态
●相邻两个脉冲之间的时间间隔， 称为一个时钟周期，又称 T状态（T周期）。 时钟周期是CPU处理动作的最小时间单位。
按时间的先后顺序分别称为T1、T2、T3、T4
……
T1
T2
T3
T4
CLK
总线周期
MSP430 单片机结构
ACLK 振荡器 系统 SMCLK Flash ROM 时钟 RAM 外围 模块 外围 模块 外围 模块 外围 模块
MCLK 16位 RSIC MAB 16-bit
JTAG
调试 模块 MDB 16-bit
● CPU所有的操作都以时钟信号为基准
CPU 按严格的时间标准发出地址，控制信号， 存储器、接口模块也按严格的时间标准送出或接收数据. 这个时间标准就是由时钟信号确定。
● CPU的主频或内频指CPU内部的工作频率。
主频是表示CPU工作速度的重要指标， 在 CPU其它性能指标相同时, 主频越高, CPU 的速度越快
●执行指令的过程中,
有时需从存储器或I/O端口读取或存放数据, 故一个指令周期通常包含若干个总线周期
思考 执行 ADD 4(R5), 8(R15)过程中，包含什么总线周期？
●虽然一条指令从取指开始到执行完毕，
通常要经历若干总线周期， 但对采用了流水线技术的CPU, 指令周期并不简单等于这些总线周期的时间和。 ● CPI (clock cycles per instruction)
EDE
绝对地址
&EDE
@Rn
@Rn+
符号地址 Rm PC x(Rm) EDE &EDE Rm PC x(Rm) EDE &EDE
源操作数 目的操作数 #N Rm PC x(Rm) EDE &EDE x(Rn) Rm PC x(Rm) TONI &EDE EDE Rm PC x(Rm) TONI &TONI &EDE Rm PC x(Rm) TONI &TONI
第1节 有关概念介绍
一、 主频, 外频, 倍频系数 二、 T状态 三、 总线周期 四、 指令周期
第2节 基本时钟模块
一、基本时钟模块结构图 二、基本时钟模块相关寄存器 三、基本时钟模块输出引脚 四、振荡器失效检测 五、基本时钟设置举例
第3节 低功耗模式(自学，不要求)
一、低功耗控制 二、MSP430工作模式 三、低功耗模式的进入与退出 四、低功耗模式编程举例
CPU主频 = 外频 × 倍频系数
现在PC机外频一般是200～333MHz，倍频是6~11
● PC机各子系统时钟(存储系统，显示系统，总线等)是 由系统频率按照一定的比例分频得到。
倍频系数5.5
外引电缆
显 示 器
USB 设备
内频
550MHz
Pentium III
L2 Cache
主板
CPU总线 100MHz AGP 北桥 显卡 66MHz 440BX 100MHz PCI 总线 33MHz 内存条 内存条 内存条
二、基本时钟模块有关引脚
VLOCLK 12kHz LFXT1CLK LFXT1Sx OSCoff XTS 内部 振荡器
XIN
DIVAx
低频时钟
/1/2/4/8
Devider
ACLK
分频器
辅助系统时钟
P1.0
0V LF
32768Hz
XOUT
XT
LFoff XT1off
0V
XTCAPx
主系统时钟
SELMx
CLK T
●每个T状态包括：下降沿、低电平、上升沿、高电平
三、总线周期
● CPU通过总线完成与存储器、I/O端口之间的操作，
这些操作统称为总线操作。 地址总线 AB 输 入 设 备
CPU
存 储 器
I/O 接 口
I/O 接 口
输 出 设 备 数据总线 DB
控制总线 CB
●执行一个总线操作所需要的时间称为总线周期。 不同的总线操作有不同的总线周期。
四、io430G2553.h的符号定义 #define
五、振荡器失效检测 Oscillator Fault Detection 六、基本时钟设置举例 Examples
一、 基本时钟模块结构图
时钟信号是定时操作的基本信号， 在时钟的作用下，各部件可以有条不紊地自动工作 MSP430单片机基本时钟模块可由高频振荡器、低频振荡器、 数字控制振荡器 DCO、锁频环FLL等部分构成 不同系列MSP430单片机包含的时钟模块会有不同，但都输出3种 时钟信号: 辅助时钟ACLK、主时钟MCLK、子系统时钟SMCLK 多种时钟有利于实时应用系统对低功耗和快速响应外部事件要求
● CPU的外频或系统频率指CPU的外部总线频率。
外频越高, 微处理器与存储系统数据交换的速度越快， 因而计算机的运行速度也越快。
● 倍频系数指CPU主频和外频的相对比例系数。
8088/8086/80286/80386的主频和外频值相同; 从80486DX2开始，CPU的主频和外频不再相同， 将外频按一定的比例倍频后得到CPU的主频，即：
寄存器
周期数 1
2
指令长度 例子 1 MOV R5, R8
1 BR R9
Rn
PC
指令指针
x(Rm)
寄存器变址
4
4 4
2 2 5 5 5 2 3 5 5 5
2
2 2
1 1 2 2 2 1 1 2 2 2
ADD R5,4(R6)
XOR R8, EDE MOV R5, &EDE
AND BR XOR MOV XOR ADD BR XOR MOV MOV @R4, R5 @R8 @R5, 8(R6) @R5, EDE @R5, &EDE @R5+ , R6 @R9+, @R5, 8(R6) @R9+, EDE @R9+, &EDE
LFXT1低频振荡器
XT2CLK 高频时钟 XT2高频振荡器 MODx
SELMx
00 01 10 11
选择器
DIVMx CPUoff
/1/2/4/8
Devider
XT2IN XT2OUT
XT2off
XT2S
分频器
0 1
MCLK
子系统时钟
DCOR SCG0 RESx DCOx
0 1
Generator
SELS DIVSx SCG1
例子 #20, R9 #2AEh #300h, 0(SP) #33, EDE #33, &EDE 2(R5), R7 2(R6) 4(R4), 6(R9) 4(R7), TONI 2(R4), &TONI EDE, R6 EDE EDE, 0(SP) EDE, TONI EDE, &TONI &EDE, R8 &EDE &EDE, 0(SP) &EDE, TONI &EDE, &TONI
周期数 2 3 5 5 5 3 3 6 6 6 3 3 6 6 6 3 3 6 6 6
指令长度 2 2 3 3 3 2 2 3 3 3 2 2 3 3 3 2 2 3 3 3