2021年01月11日 | MSP430F5529火箭板-控制时钟系统输出频率实验(含时钟系统分析)

实验内容：上电控制MSP430F5529 Launch Pad上的主时钟系统达到25Mhz

实验准备：
1、硬件：MSP430F5529 Launch Pad
2、软件：Code Composer Studio集成开发工具（CCS）
3、提升MSP430F5529核心电压的办法及介绍请参考《MSP430F5529火箭板 ----＞ 关于核心电压提升实验（含电源管理模块和供电监控系统介绍）》文章链接link

一、时钟系统

1、MSP430F5529 Lanuch Pad晶振的物理层分析
  在进入时钟系统之前我们先对MSP430F5529的时钟晶振做一个介绍。
   MSP430F5529 Launch Pad 板载了1个32.768Khz的RTC实时时钟XTAL1和1个4Mhz的外部晶振XTAL2
  默认情况下，MSP430F5529的系统时钟为1Mhz
   XT2的4Mhz晶振与MCU连接引脚如下图所示：

2、MSP430F5529 Launch Pad时钟的介绍
  MSP430应用程序通常使用一个快时钟和一个慢时钟。在某些情况下，快时钟(称为MCLK)用于驱动CPU和外围设备，而慢时钟保持计时器和外围设备在低功耗模式下运行。这种方法降低了功耗:慢时钟消耗的电量更少，因此，禁用快时钟的次数越多，应用程序消耗的电量就越少。
  这种快速时钟通常是集成在单片机中的数字控制振荡器(DCO)。DCO本身是一个重要的低功耗工具，因为与晶振不同，它有非常快的启动时间，因此可以快速关闭和重新启用。DCO可以被中断激活，并且稳定得足够快来响应它。MCU的低功耗模式只有在经常使用的情况下才有用。
  许多MSP430设备，包括F5529，将DCO与频率锁定环(FLL)模块耦合，使DCO锁定在精确的慢频参考上。这可以很好地控制DCO频率。

MSP430F5529有三个可用的慢时钟：
1、REFO：内部低频修整基准源，是一种不需要晶振起振的高精度、低功率芯片上振荡器，典型值为32.768Khz，常被用作锁相环FLL的基准频率，其设置往往要参考LPM模式的设置。
2、LEFXT1：外部低频振荡源，经典值为32.768Khz，它和REFO一样可以作为锁相环FLL的基准频率，但是它比REFO精度更高、功率更低且更稳定。
3、VLO：（Internal very low）内部低耗低频振荡源，精确度低，范围在12Khz~20Khz之间

下表为F5529推荐的时钟配置：

UCS模块默认配置：
  在F5529上电完成PUC后，UCS模块默认配置为：
    1、XT1默认选择LF模式，作为XT1CLK的振源。ACLK默认振源为XT1CLK
    2、MCLK默认振源为DCOCLKDIV
    3、SMCLK默认振源为DCOCLKDIV
    4、当启用FLL锁相环时，默认选择XY1CLK作为FLLREFCLK参考时钟源
    5、在具有XIN和XOUT与通用I/O共享的设备上，XIN和XOUT pin被设置为通用I/Os，并且XT1一直处于禁用状态，直到为XT1操作配置了复用I/O端口。如果XIN和XOUT不与通用I/Os共享，则默认启用XT1。
    6、上电时，XT2IN和XT2OUT引脚被设置为通用I/O，而XT2处于禁用状态

对于MSP430F5529来说，上电后，默认情况下FLL选择XT1，如果晶振引脚(XIN, XOUT)与通用I/O共享，XT1将保持禁用状态，直到与晶振引脚关联的PxSEL位和XT1BYPASS位决定被设置，如果XIN和XOUT不与通用I/O共享，则XT1启用。当XT1CLK使用32.768Khz晶体时，故障控制逻辑立即导致ACLK由REFOCLK提供，因为XT1不是立即稳定的。当晶体启动得到并稳定后，FLL稳定在MCLK和SMCLK到1.048576 MHz,fDCO = 2.097152 MHz

UCS模块故障安全操作：
  UCS模块包含振荡故障故障安全功能，该特性检测XT1、DCO和XT2的振荡器故障，存在的故障类型为：
  1、低频模式下XT1低频振荡器故障(XT1LFOFFG)
  2、高频模式下XT1高频振荡器故障(XT1HFOFFG)
  3、XT2高频振荡器故障(XT2OFFG)
  4、DCO故障标志(DCOFFG)

  对应的晶体振荡器打开后不能正常工作时，设置晶体振荡器故障位XT1LFOFFG、XT1HFOFFG、XT2OFFG。在故障位被设置之后，即使故障条件不再存在，它们仍然保持设置直到在软件中重置。如果故障一直存在，而用户却清除了故障标志位，则故障标志位在清除后再次自动置位。所以，在编写程序时，一定要判断故障标志位是否置位，如果置位，将其软件清除。

3、MSP430F5529 Launch Pad时钟树
  有如下图：

二、源代码

  下面我们先看一个让F5529输出8Mhz主频时钟的源代码：

#include

void SysClock_Init(); //申明系统时钟初始化函数

void SetVcoreUp(unsigned int level); //申明核心电压调整函数

void main()

{

    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;

    SetVcoreUp(0x01);   //核心电压等级必须逐级提升，不能直接跳跃提升

    SetVcoreUp(0x02);

    SetVcoreUp(0x03);

    SysClock_Init();

    while(1);

}

void SetVcoreUp(unsigned int level)

{

    //Open PMM register for write

    PMMCTL0_H = PMMPW_H;        //PMMCTL0_H是电源管理寄存器PMMCTL0的高8位，PMMPW_H解锁PMM所有的寄存器

    //Set SVS/SVM high side new level

     SVSMHCTL = SVSHE + SVSHRVL0 * level + SVMHE + SVSMHRRL0 * level; // SVLE --> 此位控制SVSL使能      SVMHE  --> 此位控制SVMHE使能

                                                                      //SVSHRVL --> SVSH 复位电平电压

    //Set SVM low side to new level

     SVSMLCTL = SVSLE + SVMLE + SVSMLRRL0 *level;  

    //Wait till SVM is settle

     while((PMMIFG & SVSMLDLYIFG) == 0);

    //Clear already set flags

    PMMIFG &= ~(SVMLVLRIFG + SVMLIFG);

    //Set Vcore to new level

    PMMCTL0_L = PMMCOREV0 *level;

    //Wait till new level reached

    if((PMMIFG & SVMLIFG))

  while((PMMIFG & SVMLVLRIFG) == 0);

   //Set SVS/SVM low side to new level

   SVSMLCTL = SVSLE +SVSLRVL0 * level + SVMLE + SVSMLRRL0 * level;

   //Lock PMM registers for write access

   PMMCTL0_H = 0x00;           //锁存所有寄存器

}

void SysClock_Init()

{

    UCSCTL3 = SELREF_2;         //设置DCO锁相环的时钟源为REFOCLK

    UCSCTL4 |= SELA_2;          //Set ACLK = REFO

    __bis_SR_register(SCG0);    //失能锁相环时钟，系统时钟切换到备用时钟，此时可以对时钟进行设置

    UCSCTL0 = 0X0000;           //将DCOx，MODx设置成最低

    UCSCTL1 = DCORSEL_4;        //设置DCO的频率范围   2~20Mhz

    UCSCTL2 = FLLD_0 + 762;     //FLLD_0  --->  32768Hz为基准时钟的分频  ，FFLN  ---> 是后面的数字

    //(N+1) * FLLRef = Fdco

                                //(243+1) * (32768/1) = 8Mhz

    __bic_SR_register(SCG0);    //使能锁相环时钟

    //最坏的情况下，DCO恢复的解决时间是(32 * 32 * n)/f_MCLK  =  Num MCLK cycles for DCO to settle

    // (32 *32 * 8Mhz)/32768Hz = 250K       ---->  n为我们要设置的频率

    __delay_cycles(250000);

    //进入循环直到XT1、XT2、DCO稳定为止，本例中只需循环到DCO稳定下来即可

    do

    {

        UCSCTL7 &= ~(XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG);

        //清除XT2、XT1、DCO 默认标志

        SFRIFG1 &= ~OFIFG;      //清除默认标志,SFRIFG1 --> 中断标志寄存器

        //OFIFG --> 振荡器故障中断标志   0：没有中断发生  1：有中断即将发生

    }while(SFRIFG1 & OFIFG);    //测试振荡器故障中断是否发生，如果发生就卡在此处循环

}