MSP430超低功耗单片机原理与应用（第3版）.doc

第3章 MSP430基本外设 MSP430系列单片机的片内基本外设非常丰富，包括时钟模块、通用端口、定时器、比较器、模数转换模块、数模转换模块、DMA控制器、硬件乘法器、Flash存储模块、液晶驱动模块等。外设通过数据总线、控制总线和地址总线与CPU相连，CPU可通过所有内存操作指令对其进行控制。MSP430的片内外设能满足一般的应用，将MSP430进行外部电路扩展可构成功能更加复杂的系统。基本片内外设按照不同的应用目标进行组合，构成可实现多元化应用的MSP430系列单片机的众多型号。 本章主要介绍MSP430系列单片机片内基本外设的结构、原理及功能，并举例说明如何使用这些外围设备。 3.1 系统时钟与控制 控制器在时钟的同步下产生各种操作所需的脉冲信号以协调单片机各个部件有条不紊地自动工作。通过对基准时钟信号的分频产生MCU各个功能模块所需的时钟信号。其中处理器内核在时钟驱动下完成指令执行和状态变换等操作；外设在时钟驱动下完成如串口数据的发送、A/D转换、定时器计数等工作。时钟对于MCU的运行至关重要，时钟系统出现的问题通常是致命的，如振荡器不起振、振荡不稳、停振等。通过软件配置时钟模块可以使MCU运行于低功耗模式，进而达到降低功耗的目的。本节将重点介绍MSP430系列单片机的系统复位、基础时钟模块、中断管理及电压控制系统的相关知识。 3.1.1 系统复位 MSP430系列单片机的系统复位电路如图3.1所示。3种复位信号分别为掉电复位（BOR）、上电复位（POR）和上电清零（PUC），每个复位信号将产生不同的系统初始状态。 BOR信号的触发源如下： MSP430单片机上电。 复位模式下/NMI引脚产生低电平信号。 低功耗LPMx.5（LPM3.5或LPM4.5）模式下的唤醒事件。 软件BOR事件。 BOR信号产生后即会触发POR信号，但POR信号不会触发BOR信号。POR信号的触发源如下： BOR信号。 图3.1 BOR/POR/PUC复位电路 SVSH和/或SVMH结果为0。 SVSL和/或SVML结果为0。 软件POR事件。 POR信号产生后即会触发PUC信号，但PUC信号不会触发POR信号。PUC信号的触发源如下： POR信号。 看门狗模式下看门狗定时器超时。 看门狗定时器的控制寄存器密码出错。 Flash模块的控制寄存器密码出错。 功耗管理模块密码出错。 从外设区域获取。 硬件复位信号（POR）为高电平时，状态寄存器复位，程序计数器指向0FFFEh，外设寄存器全部恢复到上电状态。复位信号由软件产生时（PUC），状态寄存器复位，程序计数器指向0FFFEh或者PUC源中断向量，PUC仅复位某些外设寄存器。 所有MSP430单片机都有检测电源干扰的BOR电路，能实现增强的POR功能，其中的延迟电路能使单片机在电压高于上限值（VB_IT+）之前保持复位模式。电压高于上限值后，BOR在2ms内从活动模式转换成非活动模式；当电压降至下限值（VB_IT-）时，电源中断或电池放电将使BOR产生复位信号；在电压高于下限值之前，复位信号将一直保持。 3.1.2 MSP430基础时钟模块 MSP430所有器件都有时钟模块，都能实现超低功耗应用。振荡器和系统时钟发生器的主要设计目标是廉价和低功耗，为达到系统廉价，外接器件缩减到只有一个普通晶振。在数字系统中，系统功耗与频率成正比，所以使用低频晶体和含有倍频器的振荡器可满足时钟系统速度与低功耗这两个要求。通常低功耗设备会增加各种工作模式来强制实现一些功能，如启动时序，长时间相对于电压、温度、时间的频率稳定性，高度稳定的时钟时 基等。 小电流的实时应用有两个互相矛盾的要求：满足节能要求的低频系统时钟和为了快速响应事件请求的高频系统时钟。尤其对于电池供电应用系统，特别关注电流消耗。而在实时应用中，为了响应外部事件或定时要求，也必须要求快速。理论上，一个能快速启动并允许用于各种不同功耗模式的处理机时钟发生器可以解决这一矛盾，但是快速启动通常伴随着不可接受的低的频率稳定性，所以需要设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式，才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求，如低频通信、LCD显示、定时器、计数器等。 MSP430系列单片机的时钟模块由低频振荡器、高频振荡器、控制逻辑、数字控制振荡器（DCO）、锁频环（FLL）等模块构成。虽然不同系列器件包含的时钟模块可能不同，但各系列的基础时钟模块都输出3种时钟：辅助时钟（ACLK）、主系统时钟（MCLK）和子系统时钟（SMCLK），分别送给不同需求的模块。 MSP430F5xx/6xx系列单片机时钟模块结构如图3.2所示。 MSP430F5xx/6xx时钟模块有以下5个时钟输入源。 XT1CLK：低频时钟源（可工作于高频模式），使用标准晶