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五彩晶圆(初级)

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MSP430(F5529)的UCS配置分享 [复制链接]

本帖最后由 火辣西米秀 于 2020-9-1 21:05 编辑

        MSP430(F5529)相比MSP430(F149)来讲,功能更加强大。

UCS简介
        MSP430F5XX/MSP430F6XX系列器件的UCS包含有五种时钟源,依次是:XT1CLK、VLOCLK、REFOCLK、DCOCLK和XT2CLK。这五种时钟的详细介绍请参考该系列芯片的指导手册,其中XT1CLK、VLOCLK、REFOCLK和XT2CLK跟MSP430F1XX系列没有太大区别,学习配置起来也比较简单。

UCS上电默认状态

PUC后,UCS模块的默认状态如下:

(1)XT1处于LF模式作为XT1CLK时钟源。ACLK选通为XT1CLK。
(2)MCLK选通为DCOCLKDIV
(3)SMCLK选通为DCOCLKDIV
(4)FLL使能,且将XT1CLK作为FLL参考时钟。
(5)XIN和XOUT脚设置为通用IO,XIN和XOUT配置为XT1功能前,XT1保持禁用。
(6)如果可用的话,XT2IN和XT2OUT被设置为通用IO且保持禁止状态。

清楚UCS上电默认状态是非常重要的,这对于理解后面的配置逻辑来说非常重要。

UCS时钟源切换

    由于REFOCLK、VLOCLK、DCOCLK(这里暂时这么认为)默认状态下是可用的,所以,切换的时候只需要通过UCSCTL4来配置ACLK、SMCLK和MCLK的时钟源即可,而XT1CLK和XT2CLK需要根据硬件的具体配置情况确定,所以,这两者的配置比起前三者来讲,就有些不同了。下面,我们做三个实验:

(1)将MCLK和SMCLK配置REFOCLK、VLOCLK
REFOCLK和VLOCLK是芯片默认提供的,只要芯片正常工作,这两个时钟就会正常工作,因此,该时钟配置非常简单,只需要修改UCSCTL4,将SELS和SELM配置为对应的选项VLOCLK或者REFOCLK即可,具体代码如下:
#include <msp430f5529.h>
void main(void) {
  WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD;
  P1SEL |= BIT0;
  P1DIR |= BIT0;//测量ACLK用
  P2SEL |= BIT2;
  P2DIR |= BIT2;//测量SMCLK用
  P7SEL |= BIT7;
  P7DIR |= BIT7;//测量MCLK用
  //UCSCTL4 = UCSCTL4&(~(SELS_7|SELM_7))|SELS_1|SELM_1; //将SMCLK和MCLK配置为VLOCLK
  UCSCTL4 = UCSCTL4&(~(SELS_7|SELM_7))|SELS_2|SELM_2; //将SMCLK和MCLK配置为REFOCLK
  while(1);
}

上面的代码就实现了将SMCLK和MCLK切换为VLOCLK和REFOCLK,ACLK的操作也是同样的,不作过多解释。
(2)将MCLK和SMCLK配置XT1CLK
我手头上的开发板XT1外接的是32.768K的手表时钟晶振,XT1CLK的配置要分为以下几步:

1.配置IO口5.4和5.5为XT1功能。
2.配置XCAP为XCAP_3,即12PF的电容。
3.清除XT1OFF标志位。
4.等待XT1起振。

具体的代码如下:
#include <msp430f5529.h>
 
void main(void) {
  WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD;
  
  P1SEL |= BIT0;
  P1DIR |= BIT0;//测量ACLK用
  P2SEL |= BIT2;
  P2DIR |= BIT2;//测量SMCLK用
  P7SEL |= BIT7;
  P7DIR |= BIT7;//测量MCLK用
 
  P5SEL |= BIT4|BIT5; //将IO配置为XT1功能
  UCSCTL6 |= XCAP_3;  //配置电容为12pF
  UCSCTL6 &= ~XT1OFF; //使能XT1
 
  while (SFRIFG1 & OFIFG){
    UCSCTL7 &= ~(XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG);         // 清除三类时钟标志位
                              // 这里需要清除三种标志位,因为任何一种
                              // 标志位都会将OFIFG置位
    SFRIFG1 &= ~OFIFG;                                  // 清除时钟错误标志位
  }
  UCSCTL4 = UCSCTL4&(~(SELS_7|SELM_7))|SELS_0|SELM_0;     //将SMCLK和MCLK时钟源配置为XT1
  while(1);
}

(3)将SMCLK和MCLK配置XT2
将SMCLK和MCLK配置为XT2跟配置为XT1的过程基本相同,唯一不同的是,在配置SMCLK和MCLK为XT2之前,需要将ACLK和REFCLK的时钟源,因为ACLK和REFCLK的默认时钟源是XT1,而我们这里并没有配置启动XT1CLK,所以会产生XT1时钟错误,即XT1LFFG,因此,我们先将ACLK和REFCLK配置为芯片自带的时钟(REFOCLK或VLOCLK)或者即将启动的时钟(XT2),此外,XT2配置时不需要配置电容,故将SMCLK和MCLK配置为XT2的代码如下:
#include <msp430f5529.h>
 
void main(void) {
  WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD;
  
  P1SEL |= BIT0;
  P1DIR |= BIT0;//测量ACLK用
  P2SEL |= BIT2;
  P2DIR |= BIT2;//测量SMCLK用
  P7SEL |= BIT7;
  P7DIR |= BIT7;//测量MCLK用
 
  P5SEL |= BIT2|BIT3; //将IO配置为XT2功能
  UCSCTL6 &= ~XT2OFF; //使能XT2
 
  UCSCTL4 = UCSCTL4&(~(SELA_7))|SELA_1; //先将ACLK配置为VLOCLK
  UCSCTL3 |= SELREF_2;                  //将REFCLK配置为REFCLK
 
  while (SFRIFG1 & OFIFG){
    UCSCTL7 &= ~(XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG);         // 清除三类时钟标志位
                              // 这里需要清除三种标志位,因为任何一种
                              // 标志位都会将OFIFG置位
    SFRIFG1 &= ~OFIFG;                                  // 清除时钟错误标志位
  }
  UCSCTL4 = UCSCTL4&(~(SELS_7|SELM_7))|SELS_5|SELM_5;     //将SMCLK和MCLK时钟源配置为XT2
  while(1);
}
做完前面三个实验,我们就能掌握MSP430F5XX系列时钟切换的基本操作了,讲的并不详细,有其他疑问请仔细阅读芯片手册或者留言讨论。

DCO模块详解
DCO模块在MSP430F5XX系列芯片中非常重要,因为从MSP430F4XX开始,MSP430引用了FLL模块,FLL即锁相环,可以通过倍频的方式提高系统时钟频率,进而提高系统的运行速度。
DCO模块运行需要参考时钟REFCLK,REFCLK可以来自REFOCLK、XT1CLK和XT2CLK,通过UCSCTL3的SELREF选择,默认使用的XT1CLK,但如果XT1CLK不可用则使用REFOCLK。
DCO模块有两个输出时钟信号,级DCOCLK和DCOCLKDIV,其中,倍频计算公式如下:
DCOCLK = D*(N+1)*(REFCLK/n)
DCOCLKDIV = (N+1)*(REFCLK/n)

其中:
n即REFCLK输入时钟分频,可以通过UCSCTL3中的FLLCLKDIV设定,默认为0,也就是不分频;
D可以通过UCSCTL2中的FLLD来设定,默认为1,也就是2分频;
N可以通过UCSCTL2中的FLLN来设定,默认值为32。
所以,系统上电后如果不做任何设置,DCOCLK的实际值为2097152,DCOCLKDIV的实际值为1048576。
另外,配置芯片工作频率还需要配置DCORSEL和DCOx,DCORSEL和DCOx的具体作用如下:
DCORSEL位于UCSCTL1控制寄存器中的4到6位,共3位,将DCO分为8个频率段。
DCOx位于UCSCTL0中的8到12位,共5位,将DCORSEL选择的频率段分为32个频率阶,每阶比前一阶高出约8%,该寄存器系统可以自动调整,通常配置为0。

 
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五彩晶圆(初级)

沙发
 

可以见,DCORESL的频率调节范围大致如下:

DCORSEL = 0的调节范围约为0.20~0.70MHZ;
DCORSEL= 1的调节范围约为0.36~1.47MHZ;
DCORSEL = 2的调节范围约为0.75~3.17MHZ;
DCORSEL = 3的调节范围约为1.51~6.07MHZ;
DCORSEL = 4的调节范围约为3.2~12.3MHZ;
DCORSEL = 5的调节范围约为6.0~23.7MHZ;
DCORSEL = 6的调节范围约为10.7~39.7MHZ;
DCORSEL = 7的调节范围约为19.6~60MHZ。

理解了上面这些,可以理解TI官方例子中的代码了,官方代码中的相关部分如下:
if (fsystem <= 630)            //           fsystem < 0.63MHz
  UCSCTL1 = DCORSEL_0;
else if (fsystem <  1250)      // 0.63MHz < fsystem < 1.25MHz
  UCSCTL1 = DCORSEL_1;
else if (fsystem <  2500)      // 1.25MHz < fsystem <  2.5MHz
  UCSCTL1 = DCORSEL_2;
else if (fsystem <  5000)      // 2.5MHz  < fsystem <    5MHz
  UCSCTL1 = DCORSEL_3;
else if (fsystem <  10000)     // 5MHz    < fsystem <   10MHz
  UCSCTL1 = DCORSEL_4;
else if (fsystem <  20000)     // 10MHz   < fsystem <   20MHz
  UCSCTL1 = DCORSEL_5;
else if (fsystem <  40000)     // 20MHz   < fsystem <   40MHz
  UCSCTL1 = DCORSEL_6;
else
  UCSCTL1 = DCORSEL_7;

都在前面讲到的范围内,由于前面的范围有重叠部分,例子代码中的值是TI的工程师根据上面这些参数选取的比较合理的值。
到这里,我相信大家配合芯片手册和本文,都能明白DCO配置相关部分的原理了,下面是将DCO参考时钟选为XT1,并将DCOCLK倍频到25M的详细代码:
#include <msp430f5529.h>
 
void delay(){
  volatile unsigned int i;
  for(i = 0; i != 5000; ++i){
    _NOP();
  }
}
 
void SetVcoreUp (unsigned int level)
{
  // Open PMM registers for write
  PMMCTL0_H = PMMPW_H;
  // Set SVS/SVM high side new level
  SVSMHCTL = SVSHE + SVSHRVL0 * level + SVMHE + SVSMHRRL0 * level;
  // Set SVM low side to new level
  SVSMLCTL = SVSLE + SVMLE + SVSMLRRL0 * level;
  // Wait till SVM is settled
  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;
}
 
void main(void) {
  WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD;
  P1SEL &= ~BIT1;
  P1DIR |= BIT1;
  
  P1SEL |= BIT0; //ACLK
  P1DIR |= BIT0;
  P2SEL |= BIT2; //SMCLK
  P2DIR |= BIT2;
  P7SEL |= BIT7; //MCLK
  P7DIR |= BIT7;
 
  P5SEL |= BIT4|BIT5;
  UCSCTL6 |= XCAP_3;
  UCSCTL6 &= ~XT1OFF;
 
  SetVcoreUp(1); //一次提高Vcore电压等级,具体请参考手册
  SetVcoreUp(2);
  SetVcoreUp(3);
 
  __bis_SR_register(SCG0);
  UCSCTL0 = 0;
  UCSCTL1 = DCORSEL_6;
  UCSCTL2 = FLLD_1 | 380;
  __bic_SR_register(SCG0);
  __delay_cycles(782000);
 
  /*
   * 默认状态下:ACLK=FLLREFCLK=XT1 SMCLK=MCLK=DCOCLKDIV XT2关闭
   * 为了不产生XT1LFOFFG,将ACLK和FLLREFCLK设置为REFOCLK
   * 并打开XT2OFF,否则XT2将处于无法使用状态
   * */
  //UCSCTL6 &= ~(XT2DRIVE0|XT2DRIVE1|XT2OFF);
 
  while (SFRIFG1 & OFIFG) {                               // Check OFIFG fault flag
    UCSCTL7 &= ~(XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG);         // Clear OSC flaut Flags
    SFRIFG1 &= ~OFIFG;                                  // Clear OFIFG fault flag
  }
 
  UCSCTL4 = UCSCTL4&(~(SELS_7|SELM_7))|SELS_3|SELM_3;
 
  while(1){
    P1OUT ^= BIT1;
    delay();
  }
}

好了,经过上面的四个实验,我们都能正确使用MSP430F5XX的UCS了

 
 

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