微机原理-系统时钟与控制

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时钟系统模块设计要求
为适应系统和具体应用需求，单片机的系统时钟必须满足 以下不同要求：
➢高频率。用于对系统硬件需求和外部事件快速反应； ➢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。
• 引起的原因： 监测电压，当超出范围，则引起BOR为高
当此信号为高时，进行复位操作：状态寄存 器复位，PC=0xfffe，全部外设有关的寄存器复位。
上电复位信号（POR）：又称硬件复位信号
• 引起的原因： 1、单片机上电 2、RST/NMI管脚上产生低电平时系统复位（由
BOR复位引起）
系统复位(指POR)后的状态为： • (1)RST/NMI管脚功能被设置为复位功能; • (2)所有I/O管脚被设置为输入; • (3)外围模块被初始化，其寄存器值为相关手册上
的默认值; • (4)状态寄存器SR复位; • (5)看门狗激活，进入工作模式（注意和其它单片
机区别，其它是默认看门狗关闭状态）; • (6)程序计数器PC载入0xFFFE处的地址，微处理
器从此地址开始执行程序。
上电清除信号（PUC）
• 引起的原因： 1、软件操作 2、由POR复位引起
当此信号为高时，进行复位操作：状态寄存器 复位，PC=0xfffe，部分外设有关的寄存器复位。
➢MODOSC产生时钟信号MODCLK。
例：ADC12_A可以选择使用MODOSC作为转换时钟 源，用户选择ADC12OSC作为转换时钟源时，ADC12OSC 就来自MODOSC。
一、XT1 振荡器
➢XT1工作在低频（LF）模式时（XTS=0），提供支持 32768HZ时钟的超低功耗模式。晶振只需经过XIN和 XOUT两个引脚连接，不需要其他外部器件，所有保证工 作稳定的元件和移相电容都集成在芯片中。
上述任何一个失效标志位置位，都会引起晶振失效中 断标志位OFIFG置位。
SFRIFG1寄存器
15 14 13 12 11 10 9 8
76543210
OFIFG
晶振失效标志位
UCSCTL7 标准时钟系统控制寄存器7
15 14 13 12 11 10 9 8 保留
76 保留
543210 保留 XT2O XT1LF XT1HF DCO
五个时钟输入源振荡器模块，包括： ➢XT1 振荡器 ➢XT2 振荡器（由具体器件决定，不是所有MSP430单片 机都有的） ➢低功耗低频内部振荡器（VLO） ➢低频修整内部参考振荡器（REFO） ➢片内数字控制振荡器（DCO）
模块振荡器（MODOSC）
➢UCS模块还有一个内部的振荡器（MODOSC）。它主要 给FLASH模块控制器或其他任意需要的模块提供时钟。
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3.1.1 系统复位
复位信号：
♣ 掉电复位信号（BOR) ♣ 上电复位信号（POR) ♣ 上电清零信号（PUC)
每个复位信号将产生 不同的系统初始状态
掉电复位信号（BOR）
➢MCLK 系统主时钟： MCLK可由软件选择来自上述5种时钟源，
同样可经过分频得到。MCLK主要用于CPU和系统。
➢SMCLK 子系统时钟：可由软件选择来自上述5种时钟源，同样
可经过分频得到。 SMCLK可由软件选作各个外设模块的时钟信号，主 要用于高速外设模块。
DCO模块操作
DCO频率的调节
MSP430X5XX / 6XX时钟模块寄存器
15 14 13 12 11 10 9 8 保留
76 保留
543210 保留 XT2O XT1HF XT1LF DCO
FFG OFFG OFFG FFG
XT1晶振失效标志位。如果该位置位(高频模式），那么OFIFG也置位。只要XT1 失效条件存在，XT1HFOFFG标志位就会置位。XT1HFOFFG可以通过软件清零。
MSP430X5XX / 6XX系列时钟系统模块
基础时钟模块可提供3种时钟信号：
➢ACLK 辅助时钟：ACLK可由软件选择来自XT1CLK、
REFOCLK、VLOCLK、DCOCLK、DCOCLKDIV、XT2CLK（由具体 器件决定，不是所有MSP430单片机都有的）这几个时钟源之一。然后 经1、2、4、8、16、32分频得到。ACLK可由软件选作各个外设模块 的时钟信号，一般用于低速外设模块。
➢系统频率和系统的工作电压密切相关，某些应用需要较 高的工作电压，所以也需要系统提供相应较高的频率。
三、低功耗低频内部振荡器（VLO）
➢低频低功耗内部振荡器 (VLO)能够提供典型10kHz的振 荡频率（具体参数见数据手册），而不需要外接任何晶振。
➢VLO可以对时钟精确要求不高的的应用提供低成本和超 低功耗的时钟源。
➢DCO频率可以通过选择FLL的频率（FLLRENCLK/n）来 增强振荡频率的稳定性。
从上图可以看出，MSP430F5XX / 6XX时钟模块有 5 个时 钟输入源：
➢XT1CLK 低频或高频时钟源：可以使用标准晶振，振荡 器或者外部时钟源输入4MHz～32MHz。XT1CLK可以作为 内部FLL模块的参考时钟。
➢当晶体振荡器启用后，没有正常工作时，则相应的故障标志位 XT1LFOFFG、XT1HFOFFG、XT2OFFG、DCOFFG将被置位。
➢可检测的故障有：
XT1的LF模式下低频晶振故障（XT1LFOFFG） XT1的HF模式下高频晶振故障（XT1HFOFFG） XT2高频晶振故障（XT2OFFG） DCO故障标志(DCOFFG)
四、低频修整内部参考振荡器（REFO）
➢REFO可以产生一个比较稳定的频率，其典型值为 32768Hz，它可以用作FLLREFCLK。
➢低频修整内部参考振荡器（REFO）可以在没有外部晶 振，对成本又比较敏感的场合得到很好的应用。
五、片内数字控制振荡器（DCO）
➢DCO振荡器是一个可数字控制的RC振荡器，它的频率随 供电电压、环境温度变化而具有一定的不稳定性。
FFG OFFG OFFG FFG
XT2晶振失效标志位。如果该位置位，那么OFIFG也置位。只要XT2 失效条件存在，XT2OFFG标志位就会置位。XT2OFFG可以通过软件清零。
0： 最近一次复位后没有失效条件产生；
1： XT2失效。最近一次复位之后出现失效条件。
UCSCTL7 标准时钟系统控制寄存器7
➢XT2CLK 高频时钟源：可以使用标准晶振，振荡器或者 外部时钟源输入4MHz～32MHz。
➢VLOCLK 低功耗低频内部时钟源：典型值为10KHZ；
➢REFOCLK 低频修整内部参考时钟源：典型值为 32768Hz，作为FLL基准时钟源；
➢DCOCLK 片内数字控制时钟源：通过FLL模块来稳定。
1 假如XT1没有被用作ACLK、MCLK及SMCLK的时钟源，或者没
有7 用作F6LL的校5准源，XT14关闭 3 2
1
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
XT1DRIVE XTS XT1BYPASS XCAP SMCLK XT1 OFF OFF
故障安全逻辑操作
➢时钟系统模块包含有晶振故障保护的功能。这个功能可以检测XT1、 XT2、DCO的振荡器故障。
2、系统时钟与控制（3.1）
♣ 复位系统 ♣ 基础时钟系统
• 1. MSP430 CPU有多少种类型的指令 : (a) 27种内核指令 (b) 20种内核指令和14种仿真指令 (c) 27种内核指令和24种仿真指令 (d) 24种内核指令
• 2. MSP430 RISC型CPU是指: (a) 基于精简指令集 (b) 基于纯模式匹配和指令的缺省 (c) 基于复杂指令集 (d) 不需要外设连接的CPU
5、UCSCTL4标准时钟系统控制寄存器4
各位定义如下：
15 14 13 12 11 10 9 8
保留
SELA
76543210
保留
SELS
保留
SELM
SELS：bits6~4，选择SMCLK的时钟源。 000 XT1CLK 001 VLOCLK 010 REFOCLK 011 DCOCLK 100 DCOCLKDIV 101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默认DCOCLKDIV 110 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV 111 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV
001 VLOCLK
010 REFOCLK
011 DCOCLK
100 DCOCLKDIV 101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默认DCOCLKDIV 110 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV 111 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV
5、UCSCTL4标准时钟系统控制寄存器4
各位定义如下：
15 14 13 12 11 10 9 8
保留
SELA
76543210
保留
SELS
保留
SELM
SELM：bits2~0，选择MCLK的时钟源。 000 XT1CLK 001 VLOCLK 010 REFOCLK 011 DCOCLK 100 DCOCLKDIV 101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默认DCOCLKDIV 110 保留，默认XT2CLK（如果可用），否则默认DCOCLKDIV
7、XTU2OCFSFCTbLit68，标关准闭时X钟T2系晶振统控制寄存器6
0 假如XT2已经通过端口选择，并且非旁路模式，那么XT2被打开
1 假如XT2没有被用作ACLK、MCLK及SMCLK的时钟源，或者没
有用作FLL的校准源，XT2关闭
15 14 13
12
11 10 9
8
X0 TX假1TO2如FDXFRTIV1b已Eit0经，通关保留过闭端XT口X1T选晶2择振BY，P并AS且S非旁路模保式留，那么XTOX1被TF2F打开
15
14
13
12
11
10
9
8
DCORSEL: Bits 6~4,DCO 频率范保围留选择，可以调整频率的大致范围。
7
6
5
4
3
2
1
0
保留
DCORSEL
保留 保留 保留 DISMOD
5、UCSCTL4标准时钟系统控制寄存器4
各位定义如下：
15 14 13 12 11 10 9 8
保留
SELA
76543210 SELA保：留bits10~8，S选E择LSACLK的时保钟留源。 SELM 000 XT1CLK
3.1.2 MSP430基础时钟模块
• 1. MSP430 CPU有多少种类型的指令 : (a) 27种内核指令 (b) 20种内核指令和14种仿真指令 (c) 27种内核指令和24种仿真指令 (d) 24种内核指令
• 2. MSP430 RISC型CPU是指: (a) 基于精简指令集 (b) 基于纯模式匹配和指令的缺省 (c) 基于复杂指令集 (d) 不需要外设连接的CPU
1、UCSCTL0标准时钟系统控制寄存器0 2、UCSCTL1标准时钟系统控制寄存器1 3、UCSCTL2标准时钟系统控制寄存器2 4、UCSCTL3标准时钟系统控制寄存器3 5、UCSCTL4标准时钟系统控制寄存器4 6、UCSCTL5标准时钟系统控制寄存器5 7、UCSCTL6标准时钟系统控制寄存器6 8、UCSCTL7标准时钟系统控制寄存器7 9、UCSCTL8标准时钟系统控制寄存器8 10、UCSCTL9标准时钟系统控制寄存器9
➢在一些设备中当XT1选择高频（HF）模式时（XTS=1） 也支持高频晶振或者振荡器。高频晶振或谐振器连接到 XIN和XOUT引脚，需要在两个端口配置电容。
二、XT2 振荡器（由具体器件决定，不是所有 MSP430单片机都有的）
➢一般称之为第二振荡器XT2，它产生时钟信号XT2CLK， 它的工作特性与XTl振荡器工作在高频模式时类似。
1、UDCCSOC: BTiLts 012标~8准,DC时O 频钟率系阶统梯选控择制,确寄定D存CO器频0率的大致范围。 各位定义注如意下：：在锁相环(FLL)工作时，这些位自动修正。
15
14
13
12
11
10
9
8
保留
DCO
7
6
5
4
3
2
1
0
MOD
保留
2、UCSCTL1标准时钟系统控制寄存器1
各位定义如下：