1、2、系統時鐘與控制（3.1） 復位系統 基礎時鐘系統2 Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reservedwww.msp430.ubi.pt 1. MSP430 CPU有多少種類型的指令 :(a) 27種內核指令(b) 20種內核指令和14種仿真指令(c) 27種內核指令和24種仿真指令(d) 24種內核指令 2. MSP430 RISC型CPU是指:(a) 基于精簡指令集(b) 基于純模式匹配和指令的缺省(c) 基于復雜指令集(d) 不需要外設連接的CPU3.1.1 系統復位復位信號： 掉電復位信號（BOR) 上電復位信號（PUR) 上電

2、清零信號（PUC)每個復位信號將產生不同的系統初始狀態掉電復位信號（BOR） 引起的原因： 監測電壓，當超出范圍，則引起BOR為高 當此信號為高時，進行復位操作：狀態寄存器復位，PC=0 xfffe，全部外設有關的寄存器復位。上電復位信號（POR）：又稱硬件復位信號又稱硬件復位信號 引起的原因：引起的原因： 1、單片機上電、單片機上電 2、RST/NMI管腳上產生低電平時系統復位（由管腳上產生低電平時系統復位（由BOR復位引起）復位引起）系統復位系統復位(指指POR)后的狀態為：后的狀態為： (1)RST/NMI管腳功能被設置為復位功能管腳功能被設置為復位功能; (2)所有所有I/O管腳被設置

3、為輸入管腳被設置為輸入; (3)外圍模塊被初始化，其寄存器值為相關手冊上外圍模塊被初始化，其寄存器值為相關手冊上的默認值的默認值; (4)狀態寄存器狀態寄存器SR復位復位; (5)看門狗激活，進入工作模式看門狗激活，進入工作模式（注意和其它單片（注意和其它單片機區別，其它是默認看門狗關閉狀態）機區別，其它是默認看門狗關閉狀態）; (6)程序計數器程序計數器PC載入載入0 xFFFE處的地址，微處理處的地址，微處理器從此地址開始執行程序。器從此地址開始執行程序。上電清除信號（PUC） 引起的原因： 1、軟件操作 2、由POR復位引起 當此信號為高時，進行復位操作：狀態寄存器復位，PC=0 xff

4、fe，部分外設有關的寄存器復位。3.1.2 MSP430基礎時鐘模塊 時鐘系統模塊設計要求時鐘系統模塊設計要求 MSP430X5XX / 6XX系列時鐘系統模塊系列時鐘系統模塊 五個時鐘輸入源振蕩器模塊五個時鐘輸入源振蕩器模塊 外設模塊請求時鐘系統（低功耗運行模式下）外設模塊請求時鐘系統（低功耗運行模式下） 模塊振蕩器（模塊振蕩器（MODOSC） 故障安全邏輯操作故障安全邏輯操作 時鐘模塊應用舉例（時鐘模塊應用舉例（MSP430F5XX / 6XX） 時鐘模塊庫函數時鐘模塊庫函數9 Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reservedwww.

5、msp430.ubi.pt 1. MSP430 CPU有多少種類型的指令 :(a) 27種內核指令(b) 20種內核指令和14種仿真指令(c) 27種內核指令和24種仿真指令(d) 24種內核指令 2. MSP430 RISC型CPU是指:(a) 基于精簡指令集(b) 基于純模式匹配和指令的缺省(c) 基于復雜指令集(d) 不需要外設連接的CPU時鐘系統模塊設計要求（1/1） 為適應系統和具體應用需求，單片機的系統時鐘必須滿足以下不同要求：高頻率。用于對系統硬件需求和外部事件快速反應；低頻率。用于降低電流消耗；穩定的頻率。以滿足定時應用，如實時時鐘RTC；低Q值振蕩器。用于保證開始及停止操作最

6、小時間延遲。 數字控制RC 振蕩器（DCO)外部低頻 (LFXT1）外部高頻（XT2)MSP430X5XX / 6XX系列時鐘系統模塊五個時鐘輸入源振蕩器模塊，包括：XT1 振蕩器XT2 振蕩器（由具體器件決定，不是所有MSP430單片機都有的）低功耗低頻內部振蕩器（VLO）低頻修整內部參考振蕩器（REFO）片內數字控制振蕩器（DCO）一、一、XT1 振蕩器振蕩器XT1工作在低頻（LF）模式時（XTS=0），提供支持32768HZ時鐘的超低功耗模式。晶振只需經過XIN和XOUT兩個引腳連接，不需要其他外部器件，所有保證工作穩定的元件和移相電容都集成在芯片中。在一些設備中當XT1選擇高頻（HF）

7、模式時（XTS=1）也支持高頻晶振或者振蕩器。高頻晶振或諧振器連接到XIN和XOUT引腳，需要在兩個端口配置電容。二、二、XT2 振蕩器振蕩器（由具體器件決定，不是所有MSP430單片機都有的）一般稱之為第二振蕩器XT2，它產生時鐘信號XT2CLK，它的工作特性與XTl振蕩器工作在高頻模式時類似。系統頻率和系統的工作電壓密切相關，某些應用需要較高的工作電壓，所以也需要系統提供相應較高的頻率。三、低功耗低頻內部振蕩器（三、低功耗低頻內部振蕩器（VLO）低頻低功耗內部振蕩器 (VLO)能夠提供典型10kHz的振蕩頻率（具體參數見數據手冊），而不需要外接任何晶振。VLO可以對時鐘精確要求不高的的應用

8、提供低成本和超低功耗的時鐘源。四、低頻修整內部參考振蕩器（四、低頻修整內部參考振蕩器（REFO）REFO可以產生一個比較穩定的頻率，其典型值為32768Hz，它可以用作FLLREFCLK。低頻修整內部參考振蕩器（REFO）可以在沒有外部晶振，對成本又比較敏感的場合得到很好的應用。五、片內數字控制振蕩器（五、片內數字控制振蕩器（DCO）DCO振蕩器是一個可數字控制的RC振蕩器，它的頻率隨供電電壓、環境溫度變化而具有一定的不穩定性。DCO頻率可以通過選擇FLL的頻率（FLLRENCLK/n）來增強振蕩頻率的穩定性。 從上圖可以看出，MSP430F5XX / 6XX時鐘模塊有 5 個時鐘輸入源：XT

9、1CLK 低頻或高頻時鐘源：可以使用標準晶振，振蕩器或者外部時鐘源輸入4MHz32MHz。XT1CLK可以作為內部FLL模塊的參考時鐘。XT2CLK 高頻時鐘源：可以使用標準晶振，振蕩器或者外部時鐘源輸入4MHz32MHz。VLOCLK 低功耗低頻內部時鐘源：典型值為10KHZ；REFOCLK 低頻修整內部參考時鐘源：典型值為32768Hz，作為FLL基準時鐘源；DCOCLK 片內數字控制時鐘源：通過FLL模塊來穩定。基礎時鐘模塊可提供3種時鐘信號：ACLK 輔助時鐘：ACLK可由軟件選擇來自XT1CLK、REFOCLK、VLOCLK、DCOCLK、DCOCLKDIV、XT2CLK（由具體器件

10、決定，不是所有MSP430單片機都有的）這幾個時鐘源之一。然后經1、2、4、8、16、32分頻得到。ACLK可由軟件選作各個外設模塊的時鐘信號，一般用于低速外設模塊。MCLK 系統主時鐘： MCLK可由軟件選擇來自上述5種時鐘源，同樣可經過分頻得到。MCLK主要用于CPU和系統。SMCLK 子系統時鐘：可由軟件選擇來自上述5種時鐘源，同樣可經過分頻得到。 SMCLK可由軟件選作各個外設模塊的時鐘信號，主要用于高速外設模塊。模塊振蕩器（MODOSC）UCS模塊還有一個內部的振蕩器（MODOSC）。它主要給FLASH模塊控制器或其他任意需要的模塊提供時鐘。MODOSC產生時鐘信號MODCLK。 例

11、：ADC12_A可以選擇使用MODOSC作為轉換時鐘源，用戶選擇ADC12OSC作為轉換時鐘源時，ADC12OSC就來自MODOSC。故障安全邏輯操作（1/2）時鐘系統模塊包含有晶振故障保護的功能。這個功能可以檢測XT1、XT2、DCO的振蕩器故障。當晶體振蕩器啟用后，沒有正常工作時，則相應的故障標志位XT1LFOFFG、XT1HFOFFG、XT2OFFG將被置位。如下圖所示，可檢測的故障有：XT1的LF模式下低頻晶振故障（XT1LFOFFG）XT1的HF模式下高頻晶振故障（XT1HFOFFG）XT2高頻晶振故障（XT2OFFG）DCO故障標志(DCOFFG)UCSCTL7 標準時鐘系統控制寄

12、存器715141312111098保留76543210 保留 保留XT2OFFGXT1LFOFFGXT1HFOFFGDCOFFG XT2晶振失效標志位。如果該位置位，那么OFIFG也置位。只要XT2失效條件存在，XT2OFFG標志位就會置位。XT2OFFG可以通過軟件清零。 0： 最近一次復位后沒有失效條件產生； 1： XT2失效。最近一次復位之后出現失效條件。UCSCTL7 標準時鐘系統控制寄存器715141312111098保留76543210 保留 保留XT2OFFGXT1HFOFFGXT1LFOFFGDCOFFG XT1晶振失效標志位。如果該位置位晶振失效標志位。如果該位置位(高頻模式

13、），那么高頻模式），那么OFIFG也置位。只要也置位。只要XT1失效條件存在，失效條件存在，XT1HFOFFG標志位就會置位。標志位就會置位。XT1HFOFFG可以通過軟件清零。可以通過軟件清零。 0： 最近一次復位后沒有失效條件產生； 1： XT1失效。最近一次復位之后出現失效條件。UCSCTL7 標準時鐘系統控制寄存器715141312111098保留76543210 保留 保留XT2OFFGXT1HFOFFGXT1LFOFFGDCOFFG XT1晶振失效標志位。如果該位置位晶振失效標志位。如果該位置位(低頻模式），那么低頻模式），那么OFIFG也置位。只要也置位。只要XT1失效條件存在，

14、失效條件存在，XT1LFOFFG標志位就會置位。標志位就會置位。XT1LFOFFG可以通過軟件清零。可以通過軟件清零。 0： 最近一次復位后沒有失效條件產生； 1： XT1失效。最近一次復位之后出現失效條件。UCSCTL7 標準時鐘系統控制寄存器715141312111098保留76543210 保留 保留XT2OFFGXT1HFOFFGXT1LFOFFGDCOFFG DCO失效標志位。如果該位置位，那么失效標志位。如果該位置位，那么OFIFG也置位。如果也置位。如果DCO=0或者或者DCO=31，DCOFFG標志位就會置位。標志位就會置位。DCOFFG可以通過軟件清零。可以通過軟件清零。 0

15、： 最近一次復位后沒有失效條件產生； 1： DCO失效。最近一次復位之后出現失效條件。故障安全邏輯操作（1/2）時鐘系統模塊包含有晶振故障保護的功能。這個功能可以檢測XT1、XT2、DCO的振蕩器故障。當晶體振蕩器啟用后，沒有正常工作時，則相應的故障標志位XT1LFOFFG、XT1HFOFFG、XT2OFFG將被置位。如下圖所示，可檢測的故障有：XT1的LF模式下低頻晶振故障（XT1LFOFFG）XT1的HF模式下高頻晶振故障（XT1HFOFFG）XT2高頻晶振故障（XT2OFFG）DCO故障標志(DCOFFG) 上述任何一個失效標志位置位，都會引起晶振失效中斷標志位OFIFG置位。SFRIF

16、G1寄存器1514131211109876543210 OFIFG 晶振失效標志位故障安全邏輯操作故障安全邏輯操作（2/2）晶振故障邏輯MSP430X5XX / 6XX時鐘模塊寄存器時鐘模塊寄存器1、UCSCTL0標準時鐘系統控制寄存器02、UCSCTL1標準時鐘系統控制寄存器13、UCSCTL2標準時鐘系統控制寄存器24、UCSCTL3標準時鐘系統控制寄存器35、UCSCTL4標準時鐘系統控制寄存器46、UCSCTL5標準時鐘系統控制寄存器57、UCSCTL6標準時鐘系統控制寄存器68、UCSCTL7標準時鐘系統控制寄存器79、UCSCTL8標準時鐘系統控制寄存器810、UCSCTL9標準時

17、鐘系統控制寄存器91、UCSCTL0標準時鐘系統控制寄存器0各位定義如下：15141312111098 保留 DCO76543210 MOD 保留DCO: Bits 128,DCO 頻率階梯選擇,確定DCO頻率的大致范圍。 注意：在鎖相環(FLL)工作時，這些位自動修正。2、UCSCTL0標準時鐘系統控制寄存器1各位定義如下：15141312111098 保留76543210 保留 DCORSEL保留保留保留DISMODDCORSEL: Bits 64,DCO 頻率范圍選擇，可以調整頻率的大致范圍。 DCO模塊操作模塊操作DCO頻率的調節5、UCSCTL4標準時鐘系統控制寄存器4各位定義如下：

18、15141312111098保留SELA76543210保留SELS保留SELMSELA：bits108，選擇ACLK的時鐘源。000 XT1CLK001 VLOCLK010 REFOCLK011 DCOCLK100 DCOCLKDIV101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默認DCOCLKDIV110 保留，默認XT2CLK（如果可用），否則默認DCOCLKDIV111 保留，默認XT2CLK（如果可用），否則默認DCOCLKDIV5、UCSCTL4標準時鐘系統控制寄存器4各位定義如下：15141312111098保留SELA76543210保留SELS保留SELMSELS：bits6

19、4，選擇SMCLK的時鐘源。000 XT1CLK001 VLOCLK010 REFOCLK011 DCOCLK100 DCOCLKDIV101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默認DCOCLKDIV110 保留，默認XT2CLK（如果可用），否則默認DCOCLKDIV111 保留，默認XT2CLK（如果可用），否則默認DCOCLKDIV5、UCSCTL4標準時鐘系統控制寄存器4各位定義如下：15141312111098保留SELA76543210保留SELS保留SELMSELM：bits20，選擇MCLK的時鐘源。000 XT1CLK001 VLOCLK010 REFOCLK011 DC

20、OCLK100 DCOCLKDIV101 XT2CLK 如果XT2CLK不可用，默認DCOCLKDIV110 保留，默認XT2CLK（如果可用），否則默認DCOCLKDIV111 保留，默認XT2CLK（如果可用），否則默認DCOCLKDIV7、UCSCTL6標準時鐘系統控制寄存器615141312111098XT2DRIVE保留XT2BYPASS保留XT2OFF76543210XT1DRIVEXTSXT1BYPASSXCAPSMCLKOFFXT1OFFXT2OFF bit8，關閉XT2晶振0 假如XT2已經通過端口選擇，并且非旁路模式，那么XT2被打開1假如XT2沒有被用作ACLK、MCLK

21、及SMCLK的時鐘源，或者沒有用作FLL的校準源，XT2關閉XT1OFF bit0，關閉XT1晶振0 假如XT1已經通過端口選擇，并且非旁路模式，那么XT1被打開1假如XT1沒有被用作ACLK、MCLK及SMCLK的時鐘源，或者沒有用作FLL的校準源，XT1關閉時鐘模塊應用舉例（時鐘模塊應用舉例（MSP430F5XX / 6XX）（1/2）SMCLKACLK例1，MSP430 x66xx演示例程：設ACLK = XT1 = 32768Hz，令SMCLK = XT2CLK，MCLK = DCO(默認) = 32 x ACLK = 1048576Hz，ACLK和SMCLK分別通過P1.0和P3.4

22、輸出。程序代碼如下：#include void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / 關閉看門狗關閉看門狗 P1DIR |= BIT0; / ACLK 通過通過 P1.0輸出輸出 P1SEL |= BIT0; P3DIR |= BIT4; / SMCLK分別通過分別通過 P3.4輸出。輸出。 P3SEL |= BIT4; while(BAKCTL & LOCKIO) / 解鎖解鎖XT1引腳引腳 BAKCTL &= (LOCKIO); P7SEL |= BIT2+BIT3; / 選擇端口功能為選擇端口功能為 XT2 UCSCTL6 &

23、;= XT2OFF; / 使能使能 XT2 UCSCTL6 &= (XT1OFF); / 使能使能 XT1 UCSCTL6 |= XCAP_3; / 配置內接電容值，配置內接電容值， / 若使輸出為若使輸出為32.768KHz，則需要選擇，則需要選擇XCAP_3 do UCSCTL7 &= (XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG); / 清零清零XT1、XT2、DCO故障標志位故障標志位 SFRIFG1 &= OFIFG; / 清零清零SFR中的故障標志位中的故障標志位 while (SFRIFG1&OFIFG); / 檢測振蕩器故障標志位檢

24、測振蕩器故障標志位 UCSCTL6 &= XT2DRIVE0; / 根據預期的頻率，減小根據預期的頻率，減小XT2的驅動的驅動 UCSCTL4 |= SELA_0 + SELS_5; / 選擇選擇 SMCLK和和ACLK的時鐘源的時鐘源 while(1); / 循環等待循環等待 時鐘模塊應用舉例（時鐘模塊應用舉例（MSP430F5XX / 6XX）（2/2）3.2 低功耗模式低功耗結構 (LPM) 主要內容 低功耗結構 (LPM)概述 低功耗工作模式 進入和退出低功耗模式（LPM0LPM4） 進入和退出低功耗模式（LPMx.5） 低功耗應用原則 低功耗應用舉例低功耗結構 (LPM)概述

25、（1/1）TI的MSP430是一個特別強調低功耗的單片機系列，尤其適合應用于采用電池供電的長時間工作場合。MSP430系統使用不同的時鐘信號：ACLK、MCLK和SMCLK。這3種不同頻率的時鐘輸出給不同的模塊，從而更合理地利用系統的電源，實現整個系統的超低功耗。MSP430的瞬間響應特性是系統超低功耗事件驅動方式的重要保證。如下圖所示：低功耗工作模式（1/2）用戶可通過軟件配置成8種不同工作模式：1種活動模式和7種低功耗模式(LPM0到LPM4、LPM3.5和LPM4.5)。通過設置控制位MSP430可以從活動模式進入到相應的低功耗模式；而各種低功耗模式又可通過中斷方式回到活動模式。如下圖，

26、顯示了各種模式之間的關系。低功耗工作模式（2/2） 狀態寄存器狀態寄存器(SR):(SR):1514131211109876543210Reserved for CG1VSCG1SCG0OSCOFFCPUOFFGIENZCBitDescription8V溢出位溢出位. V = 1 運算結果超出有符號范圍運算結果超出有符號范圍7SCG1系統時鐘發生器系統時鐘發生器0. SCG1 = 1 當當DCO未被用作未被用作MCLK或或SMCLK時，時，關閉關閉DCO發生器發生器 6SCG0系統時鐘發生器系統時鐘發生器1. SCG0 = 1 關閉關閉FLL和循環控制和循環控制5OSCOFF關閉振蕩器關閉振蕩

27、器. OSCOFF = 1 當當LFXT1未被用作未被用作 MCLK or SMCLK時，關閉時，關閉LFXT1 4CPUOFF關閉關閉CPU. CPUOFF = 1 禁止禁止CPU核核3GIE使能通用中斷使能通用中斷. GIE = 1 使能中斷屏蔽使能中斷屏蔽2N負標志負標志. N = 1 運算結果為負運算結果為負1Z零標志零標志. Z = 1 運算結果為零運算結果為零0C進位標志進位標志. C = 1 運算結果產生進位運算結果產生進位MSP430 CPU寄存器在低功耗模式下，所有的I/O引腳和RAM寄存器將保持不變。 可以通過開中斷后用中斷事件來喚醒LMP0到LMP4。系統響應中斷的過程：

28、硬件自動中斷服務PC入棧SR入棧中斷向量賦給PCGIE、CPUOFF、OSCOFF和SCG1清除IFG標志位清除（單源中斷標志）執行中斷處理子程序執行RETI指令（中斷返回）SR出棧（恢復原來的標志）PC出棧進入和退出低功耗模式（LPM0LPM4）（1/4）進入和退出低功耗模式（LPM0LPM4）（2/4）系統響應中斷時的堆棧情況，如下圖所示：堆棧初始狀態 入棧時PC和SR 出棧前PC和SR例：系統初始化完畢之后工作于低功耗模式0，中斷事件觸發到活動模式，中斷處理結束后進入到低功耗模式3。；主程序.；初始化操作開始；初始化完畢BIS #GIE+CPUOFF，SR ; 主程序中設置低功耗模式0;

29、.; 程序在這里停止;；中斷子程序；中斷處理開始;中斷處理結束BIS #GIE+CPUOFF+SCG1+SCG0，0（SP）；設置SR為低功耗模式3RETI；中斷返回；系統進入低功耗模式3。 進入和退出低功耗模式（LPM0LPM4）（3/4）在上述處理過程中，堆棧的變化情況，如下圖所示：堆棧初始狀態 入棧時PC和SR 出棧前PC和SR進入和退出低功耗模式（LPM0LPM4）（4/4）進入和退出低功耗模式（LPMx.5）（1/1）低功耗模式 LPMx.5 的進入和退出與其他低功耗模式不同。恰當的使用 LPMx.5 模式，可以獲得更低的功耗。當進入LPMx.5（LPM3.5和LPM4.5）模式時，

30、電源管理模塊（PMM）的電壓調節器也停止工作。所有的RAM、寄存器及IO口的配置數據都將丟失，所有的IO口被鎖定在當前狀態。LMP4.5可以通過上電、復位或具體的IO口來喚醒。在LPM3.5模式下，除了可以用LPM4.5模式下的喚醒事件外，還可用RTC喚醒事件來喚醒。 從LPMx.5模式下退出都會產生一次BOR事件。因此，在退出LPMx.5模式后，IO口的狀態將一直保持鎖定狀態直到應用程序解除鎖定，用戶應根據需要重新配置芯片。低功耗應用原則（1/2） 一般的低功耗原則：最大化延長其在LPM3或LPM4模式下的時間，用32KHz晶振作為ACLK時鐘，DCO用于CPU激活后的突發短暫運行。如果在應

31、用中有短暫性的周期工作并對反應速度不敏感的場合，可以最大化的利用 LPMx.5 模式來降低功耗。用接口模塊代替軟件驅動功能。例如Timer_A 和 Timer_B 可以自動產生 PWM和捕獲外部時序，而不占用 CPU 資源。用中斷控制程序運行。用可計算的分支代替標志位測試產生的分支。用快速查表代替冗長的軟件計算。在冗長的軟件計算中使用單周期的CPU寄存器。避免頻繁的子程序和函數調用。盡可能直接用電池供電。低功耗應用原則（2/2） 在設計外設時還有一些常規原則：將不用的FETI輸入端連接到VSS。JTAG端口TMS、TCK和TDI不要連接到VSS。CMOS輸入端不能有浮空節點，將所有輸入端接適當

32、的電平。不論對于內核還是對于各外圍模塊，選擇盡可能低的運行頻率，如果不影響功能應設計自動關機。低功耗應用舉例（1/3）例1，MSP430 x66xx演示例程：配置ACLK = LFXT1 = 32kHz, MCLK = SMCLK = DCO（默認值），禁用REF0、VUSB LDO、SLDO和SLDO。進入LPM3。程序代碼如下：#include void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / 關閉看門狗 / 使能 XT1 UCSCTL6 &= (XT1OFF); / 使能 XT1 UCSCTL6 |= XCAP_3; / 配置內接電容值，/ 若使輸出為32.768KHz，則需要選擇XCAP_3