27_实验8 基本时钟模块和低功耗模式
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()
门控时钟 低功耗芯片设计方案
门控时钟低功耗芯片设计方案全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：门控时钟低功耗芯片设计方案随着物联网技术的飞速发展，原本以人类为中心的智能家居和智能办公等应用场景也逐渐普及，门控时钟低功耗芯片成为这些智能设备的重要组成部分。
门控时钟低功耗芯片设计方案要求具有高性能、低功耗、稳定可靠等特点，以满足现代智能设备对芯片性能的需求。
1. 高性能：门控时钟低功耗芯片需要具有高性能的时钟控制功能，能够对设备的时序信号进行准确控制，确保设备的正常运行。
2. 低功耗：门控时钟低功耗芯片需要具有低功耗的特点，以延长设备的使用时间，提高设备的续航能力。
3. 稳定可靠：门控时钟低功耗芯片需要具有稳定可靠的性能，能够在各种工作环境下保持稳定的工作状态，确保设备的正常运行。
4. 外设接口丰富：门控时钟低功耗芯片需要具有丰富的外设接口，以支持设备与其他外部设备的连接和通讯。
5. 易集成：门控时钟低功耗芯片需要具有易于集成的特点，能够方便地与其他组件进行接口连接，实现功能的扩展和定制。
1. 芯片选用：在选择芯片时，可以考虑采用低功耗的CMOS工艺制程，以降低整体功耗。
可以选择具有高性能和稳定可靠性的时钟控制器芯片，以确保时序信号的准确控制。
2. 功耗优化设计：在芯片设计过程中，可以采用功耗优化设计策略，通过降低功耗模块的工作频率、优化电源管理电路等方式，降低整体功耗，延长设备的续航时间。
3. 时钟控制算法优化：通过优化时钟控制算法，可以提高时钟控制的准确性和稳定性，确保设备的正常运行。
可以提供丰富的时序控制功能，以满足不同应用场景对时序信号的需求。
4. 外设接口设计：在芯片设计中，可以设计丰富的外设接口，如UART、SPI、I2C等接口，以支持设备与其他外部设备的连接和通讯。
可以提供GPIO接口和PWM输出等功能，实现设备的功能扩展和定制。
5. 集成设计：在芯片设计中，可以将时钟控制器、功耗管理电路、外设接口等功能集成到同一芯片中，实现功能的集成和有效管理。
实验八多功能数字钟实验知识点
A STB（A口选 通）
输出线
输出线
输出线
ALT4 （方式4）
A INTR（A 口 中断）
A BF（A口缓 冲器满）
A STB（A口选 通）
B INTR（B 口 中断）
B BF（B口缓 冲器满）
B STB（B口选 通）
行列式键盘接口及工作原理
为了减少键盘与单片机 接口时所占用I/O线的数 目，在键数较多时，通常 都将键盘排列成行列矩阵 形式.
4×4矩阵键盘接口图
14:48
七段数码管的字型代码表
LED动态显示方式
在多位LED显示时，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位Ｉ／Ｏ口 控制。而共阴(或共阳)极公共端Ｋ分别由相应的Ｉ／Ｏ线控制，实现各位的 分时选通。图9-12所示为6位共阴极LED动态显示接口电路。
6位LED动态显示接口电路
╳╳╳╳ ╳ 1 0 1
I/O端口 命令/状态寄存器
PA口 PB口 PC口 计数器低8位 计数器高6位
1、命令（指令）寄存器及编程
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PA
确定PA口的工作方式 确定PB口的工作方式
0－输入方式
1－输出方式 00－ALT1
片外三总线结构
• 所谓总线，就是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。 按照功能，通常把系统总线分为3组，即地址总线、数据总线 和控制总线。
8155的RAM和I/O口编址
AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1AD0
╳╳╳╳ ╳ 0 0 0 ╳╳╳╳ ╳ 0 0 1 ╳╳╳╳ ╳ 0 1 0 ╳╳╳╳ ╳ 0 1 1 ╳╳╳╳ ╳ 1 0 0
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
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。
第五章DSP时钟及低功耗模式
5.3 WD定时器
特点： 1) 8位WD计数器溢出时产生系统复位； 2) 计数器的时钟由预标定因子选择(6种)； 3) 当正确的组合写入WD键寄存器，能清除WD 计数器；否则引起系统复位； 4) 不正确的WD检查位会产生系统复位； 5) WD计数器在系统复位后自动启动； 6) 保证系统故障或看门狗自身故障时产生可靠的 系统复位。
5 时钟及低功耗模式
5.1 5.2 5.3 5.4
时钟 WATCHDOG定时器时钟 WD定时器 低功耗模式
5.1 时钟
引脚： 时钟输入：XTAL1/CLKIN XTAL2 时钟输出：CLKOUT/IOPE0(SCSR1.14控制) 滤波回路：PLLF PLLF2 电源：PLLVccA Vss 控制：SCSR1.9~11 0.5~4倍频
WD寄存器
WDCNTR WDKEY WDCR
WDCNTR
WDKEY
WDCR
WDCR
WDFLAG：0没有由WD引起复位；1由 WD引起复位 WDDIS：当SCSR2中WD OVERRIDE位为 1时，该位可写。0允许WD；1禁止WD WDCHK2~0：WD检验位，必须为101B WDPS2~0：WD预定标位
5.4 低功耗模式
由指令IDLE引起(SCห้องสมุดไป่ตู้R1(13,12)) 时钟域：CPU时钟域（用于CPU逻辑）和 系统时钟域（外设时钟和CPU中断时钟） 低功耗模式
退出低功耗模式
复位：可退出任何低功耗模式 外部中断：XINTx可退出除HALT以外的 低功耗模式 唤醒中断：某些外设具有启动器件时钟 的能力，并产生中断
PLL旁路模式
低功耗时钟电路时序设计
低功耗时钟电路时序设计电路的设计本质上是一门科学与艺术的结合。
要设计出一个高性能的电路，需要综合考虑多个因素，如电路的功耗、时序延迟、面积、可靠性等，尤其是在近年来低功耗电子领域的崛起之后，设计人员对于功耗和时序的关注越来越高。
在低功耗领域中，时钟电路是不可或缺的组成部分。
时钟电路通过产生周期性信号，为电路提供统一的时间基准，同时也是使电路正常运行的重要因素。
在高性能的时钟电路设计中，时序延迟的控制是一个关键问题。
本文将探讨低功耗时钟电路时序设计方面的一些关键技术。
一、时钟设计中的几个重要参数时钟设计中有几个重要参数需要被把握。
其中，周期是一项最基本的参数，它决定了时钟电路的工作频率；高电平时间和低电平时间则是时钟信号持续时间的两个参数，在实际设计中，需要视具体应用场景和周边电路的特点而自行设定。
时钟上升沿和下降沿也是两个关键参数，它们决定了时钟信号的变化速率，进而影响了周边电路的时序延迟。
设计师对于上述参数的掌握必须具备足够的专业知识和经验，同时也需要综合考虑电路应用的特点和功耗限制。
在低功耗领域中，时钟功耗日益成为一个重要的设计指标，设计者需要从多个角度考虑如何降低时钟功耗。
二、时序设计中的一些典型技术1. 前置缓冲(delay buffer)前置缓冲(delay buffer)是一种经典的时序设计技术。
它是一种通过增加传递功能器件的数量来实现时钟信号运行延迟的技术。
在时钟信号的沿上插入一个前置缓冲，可以使时钟信号的变化速度变慢，进而减少周边电路的时序延迟。
缺点是增加功耗和电路面积。
2. 内嵌晶体(resonator)和锁相环(PLL)内嵌晶体(resonator)和锁相环(PLL)是两种利用振荡器将可变频率的晶振转化为稳定频率的技术。
这两种技术的共同特点是可以进行频率调制和相位调制，从而有效地控制时钟信号的变化速率。
它们可以使一个高速时钟信号变为一个低速稳定的时钟信号，以减少动态功耗。
3. 基于测量的时序耦合技术基于测量的时序耦合技术是一种通过对电路中时间序列的观察实现时序优化的技术。
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。
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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MSP430的各种低功耗模式，掌握其设置方法。
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
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、最大值、最小值的方法；
2.掌握基本时钟模块及其相关控制寄存器
L8_testclock.s43为用汇编语言编写的基本时钟模块测试参考例程的一部分，请在此程序的基础上，编程输出不同频率的时钟ACLK、SMCK、MCLK，用示波器查看，并依据表8-1改变BCSCTL1和BCSCTL2的值，分析ACLK、MCLK、SMCLK来自哪个时钟、几分频，填写下表，并记录输出的ACLK、MCLK、SMCLK测量值，将结果记录在表8-1，掌握基本时钟模块的控制。
表8-1 基本时钟模块控制记录表
3.分别采用汇编语言和C语言对基本时钟模块编程，使ACLK=16384Hz，
SMCLK=XT2/4=2MHz，分别通过P2.0和P1.4输出，并利用示波器观察相应的时钟信号。
建议编程时采用MSP430x14x.h和io430x14x.h文件中对DCOCTL、BCSCTL0、BCSCTL1寄存器中各位的符号定义来实现控制，提高程序的可读性。
如L8_testclock.s43中的语句：
MOV.B #0h, &BCSCTL1 ;设置BCSCTL1，打开XT2
改用MSP430x14x.h中BCSCTL1的位定义编程，可读性更好
BIC.B #XT2OFF, &BCSCTL1 ;清BCSCTL1中XT2OFF位，打开XT2 思考：利用MSP430x14x.h中对BCSCTL2寄存器各位的符号定义，如何改写L8_testclock.s43中的语句MOV.B #8Eh, &BCSCTL2？
4.低功耗模式学习
在实验7中断技术任务3的基础上，主程部分增加在管脚P1.4、P2.0、P5.4上分别输出当前系统的SMCLK、ACLK、MCLK（DCOCTL、BCSCTL1、BCSCTL2均采用上电复位值）, 在无限循环(JMP $，while{}; )前加入LPM0低功耗模式控制，其他不变。
1)操作K3或K4键，用示波器观察输出的MCLK、SMCLK、ACLK有无变化，分析
为什么？比较加入低功耗模式控制前后CPU在执行流程上的不同。
2)思考：如果用的是LPM4低功耗模式控制，与1）观察到的现象有何不同？
L8_testclock.s43程序清单（提供电子文件）:。