MSP430(F5529)学习笔记——UCS配置详解

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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：
[html] view plain copy
(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：
[cpp] view plain copy
#include   


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：
[cpp] view plain copy
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：
[cpp] view plain copy
#include   

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：
[cpp] view plain copy
#include   

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：
[cpp] view plain copy
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。
DCORSEL和DCOx值的具体作用可以参考MSP430F5529的数据手册，阅读该手册相关部分可以找到如下表格：
可以见，DCORESL的频率调节范围大致如下：
[cpp] view plain copy
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：
[cpp] view plain copy
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：
[cpp] view plain copy
#include   

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();  
  }  
}