4.2 Функционирование основного модуля тактирования
После сигнала PUC источником для MCLK и SMCLK является DCOCLK c частотой около 800 кГц (см. параметры в справочном руководстве конкретного устройства) и LFXT1 для ACLK в режиме LF.
Управляющие биты регистра статуса SCG0, SCG1, OSCOFF и CPUOFF конфигурируют рабочие режимы MSP430 и позволяют включать или отключать отдельные части основного модуля тактирования. См. раздел «Системный сброс, прерывания и рабочие режимы». С помощью регистров DCOCTL, BCSCTL1 и BCSCTL2 осуществляется конфигурирование основного модуля тактирования.
Основное тактирование может конфигурироваться и реконфигурироваться программным обеспечением в любой момент времени в ходе выполнения программы, например:
BIS.B #RSEL2+RSEL1+RSEL0,&BCSCTL1 ;
BIS.B #DCO2+DCO1+DCO0,&DCOCTL ; установка максимальной частоты DCO
4.2.1 Возможности основного модуля тактирования в приложениях с малым потреблением мощности
В приложениях на основе MSP430x1xx с питанием от батарей обычно существуют следующие противоречивые требования:
- Низкая тактовая частота для экономии энергии и увеличения времени работы от батарей
- Высокая тактовая частота для быстрой реакции на события и возможность быстрой обработки информации
Основной модуль тактирования позволяет пользователю обходить вышеперечисленные противоречия путем выбора наиболее оптимального из трех возможных сигналов тактирования: ACLK, MCLK и SMCLK. Для оптимальной производительности при низком энергопотреблении ACLK можно сконфигурировать на работу от часового кварцевого резонатора на 32768 Гц, обеспечивающего стабильное тактирование системы и малое потребление в режиме ожидания. MCLK может настраиваться на работу от интегрированного модуля DCO, который активируется только при появлении запроса на обработку прерывания. SMCLK можно конфигурировать на работу как от часового кварцевого резонатор, так и от DCO, в зависимости от требований периферии. Гибкое распределение тактовых сигналов и наличие системы деления тактовой частоты обеспечивает тонкую настройку для удовлетворения индивидуальных потребностей в тактировании.
4.2.2 Осциллятор LFXT1
В режиме LF (XTS=0) осциллятор LFXT1 обеспечивает ультранизкое потребление тока при использовании часового кварцевого резонатор на 32768 Гц. Часовой кварцевый резонатор подключается к выводам XIN и XOUT без каких-либо дополнительных компонентов. При работе осциллятора LFXT1 в режиме LF используются внутренние нагрузочные конденсаторы на 12 пФ. Они включаются последовательно, обеспечивая нагрузку 6 пФ, необходимую для стандартного кварцевого резонатор 32768 Гц. При необходимости могут быть добавлены дополнительные конденсаторы.
Осциллятор LFXT1 также поддерживает высокочастотные кристаллы или резонаторы, когда находится в режиме HF (XTS=1). Высокоскоростные кристаллы или резонаторы подключаются к выводам XIN и XOUT и нуждаются в использовании внешних конденсаторов на обоих выводах. Параметры конденсаторов должны соответствовать требованиям, приведенным в спецификациях кристаллов или резонаторов.
Программное обеспечение может отключить осциллятор LFXT1 установкой OSCOFF, если этот сигнал не используется в качестве источника для SMCLK или MCLK, как показано на рис. 4.2.
Рис.4-2 Сигналы выключения осциллятора LFXT1
Примечание: характеристики осциллятора LFXT1
Низкочастотным кристаллам, в зависимости от типа, часто требуются сотни миллисекунд для старта. Это допускается для осциллятора LFXT1 в LF режиме.
Осцилляторы с ультранизким потреблением, такие как LFXT1 в режиме LF необходимо защищать от шумов других источников. Кварцевый резонатор следует размещать как можно ближе к MSP430 с заземленной площадкой под ним, а трассировку проводников от кристалла выполнять с защитными заземляющими проводниками.
При работе осциллятора LFXT1 в режиме LF требуется подключение резистора 5,1 МОм между выводами Xout и Vss, когда Vcc < 2,5 В.
|
4.2.3 Осциллятор XT2
Некоторые устройства имеют второй кристаллический осциллятор XT2. XT2 является источником сигнала XT2CLK, а его характеристики идентичны LFXT1 в режиме HF. Бит XT2OFF отключает осциллятор XT2, если XT2CLK не используется для MCLK или SMCLK, как показано на рис. 4.3.
Рис.4-3 Сигналы выключения осциллятора XT2
4.2.4 Осциллятор с цифровым управлением (DCO)
DCO представляет собой интегрированный автогенератор с характеристикой RC-типа. Как у любого осциллятора RC-типа, его частота зависит от температуры, напряжения и отличается от устройства к устройству. Частота DCO может подстраиваться программным обеспечением с помощью битов DCOx, MODx и RSELx. Цифровое управление осциллятором позволяет стабилизировать частоту, несмотря на характеристику RC-типа.
Отключение DCO
Программное обеспечение может отключать DCOCLK, когда он не используется в качестве источника для SMCLK или MCLK, как показано на рис.4.4.
Рис.4-4 Включение/выключение DCO
Подстройка частоты DCO
После сигнала PUC для DCO генератора выбирается встроенный резистор, устанавливаются значения RSELx=4 и DCOx=3, в результате DCO стартует с усредненной частоты. В качестве источника для MCLK и SMCLK используется DCOCLK. Поскольку при выполнении кода ЦПУ тактируется от сигнала MCLK, который использует быстростартующий DCO, выполнение кода начинается менее чем через 6 мкС после сигнала PUC.
Частота DCOCLK устанавливается следующими способами:
- Фундаментальная частота определяется инжекцией тока в DC генератор через внутренний либо внешний резистор. Бит DCOR позволяет выбрать внутренний или внешний резистор.
- Три бита RSELx позволяют выбрать для DCO один из восьми номинальных диапазонов частот. Эти диапазоны определены для конкретного устройства в соответствующем ему справочном руководстве.
- Три бита DCOx делят диапазон DCO, выбранный с помощью битов RSELx на 8 уровней частоты, различающихся примерно на 10%.
- Пять битов MODx выполняют переключение между частотой, устанавливаемой битами DCOx и следующей более высокой частотой, устанавливаемой DCO+1.
Диапазоны DCOx и RSELx, а также возможные шаги изменения частоты показаны на рис. 4.5.
Рис.4-5 Диапазон DCOx и шаги RSELx
Использование внешнего резистора (Rosc) для DCO
Температурный коэффициент DCO может быть уменьшен при использовании внешнего резистора Rosc в качестве источника тока для DC генератора. На рис. 4.6 показана типичная зависимость частоты DCO от температуры для встроенного и внешнего резисторов. Использование внешнего резистора Rosc уменьшает температурный коэффициент DCO примерно на -0.05%/С. Подробные характеристики приведены в справочном руководстве на конкретное устройство.
Резистор Rosc также позволяет работать DCO на высоких частотах. К примеру, встроенный резистор с номинальным сопротивлением около 200 кОм позволяет работать модулю DCO на частоте приблизительно до 5 МГц. Когда используется внешний резистор Rosc сопротивлением около 100 кОм, DCO может работать на частотах до 10 МГц. Пользователю необходимо соблюдать осторожность, чтобы не превысить максимальную частоту MCLK, указанную в справочных данных, даже если DCO способен работать на более высоких частотах.
Рис.4-6 Зависимость частоты модуля DCO от температуры
4.2.5 DCO модулятор
Модулятор смешивает две DCO-частоты: fDCO и fDCO+1, вырабатывая промежуточную эффективную частоту между fDCO и fDCO+1 и распределяет энергию тактирования, что приводит к снижению электромагнитных помех (EMI1). Модулятор смешивает частоты fDCO и fDCO+1 для 32 тактовых циклов DCOCLK и может конфигурироваться с помощью битов MODx. Когда MODx=0, модулятор выключен.
Смешивание частот модулятором происходит согласно следующей формуле:
t=(32-MODx) * tDCO + MODx * tDCO+1
Поскольку fDCO меньше эффективной частоты, а fDCO+1 выше, погрешность эффективной частоты в сумме равна нулю. Накопления погрешности не происходит. Погрешность эффективной частоты равна нулю каждые 32 цикла DCOCLK. На рис. 4.7 показана работа модулятора.
Параметры настройки модулятора и управления DCO конфигурируются программно. Сигнал DCOCLK может сравниваться со стабильной, заранее известной частотой и подстраиваться с помощью битов DCOx, RSELx и MODx. Замечания по применению и примеры кода для конфигурирования DCO можно найти на сайте http://www.ti.com/sc/msp430.
Рис.4-7 Диаграмма сигналов модулятора
4.2.6 Надежность работы основного модуля тактирования
В основном модуле тактирования имеется возможность определения возникновения неисправности осциллятора. Детектор неисправности осциллятора представляет собой аналоговую схему мониторинга сигналов LFXT1CLK (в режиме HF) и XT2CLK. Неисправность осциллятора определяется, когда любой из этих тактовых сигналов отсутствует в течение приблизительно 50 мкС. Когда обнаруживается неисправность осциллятора, а источником для сигнала MCLK выступает либо LFXT1 в режиме HF, либо XT2, происходит автоматическое переключение MCLK на работу от DCO, как от источника тактовых импульсов. Это позволяет продолжить выполнение программного кода, даже в ситуации, когда кварцевый генератор остановился.
Если установлены флаги OFIFG и OFIE, происходит запрос немаскируемого прерывания NMI. Процедура обработки NMI-прерывания может проверить флаг OFIFG, что позволит выявить возникшую неисправность осциллятора. Очистка флага OFIFG должна производиться программным обеспечением.
Примечание: определение неисправности осциллятора LFXT1 в режиме LF не производится.
Определение неисправности осциллятора выполняется только для LFXT1 в режиме HF и для XT2. Детектирование неисправности осциллятора модуля LFXT1 в режиме LF не производится.
|
Флаг OFIFG устанавливается сигналом неисправности осциллятора XT_OscFault. Сигнал XT_OscFault устанавливается при POR, когда модули XT2 или LFXT1 в режиме HF имеют неисправность осциллятора. Когда XT2 или LFXT1 в режиме HF останавливаются программным обеспечением, сигнал XT_OscFault вырабатывается немедленно, и остается активным пока осциллятор не будет перезапущен, и снимается примерно через 50 мкС после рестарта осциллятора, как показано на рис. 4.8.
Рис.4-8 Сигнал неисправности осциллятора
Определение неисправности осциллятора
Сигнал XT_OscFault переключает флаг OFIFG так, как показано на рис. 4.9. Сигнал LFXT1_OscFault имеет низкий уровень, когда LFXT1 находится в LF режиме.
В устройствах, у которых модуль XT2 отсутствует, флаг OFIFG не может быть очищен, когда LFXT1 в режиме LF. Источником для сигнала MCLK может являться LFXT1CLK в режиме LF при установке битов SELMx, даже если флаг OFIFG остается поднятым.
В устройствах, имеющих XT2, флаг OFIFG может очищаться программно, когда LFXT1 находится в режиме LF и далее остается очищенным. Источником для сигнала MCLK может являться LFXT1CKL в режиме LF независимо от состояния флага OFIFG.
Рис.4-9 Прерывание при неисправности осциллятора
Использование кварцевого резонатора для формирования MCLK
После сигнала PUC основной модуль тактирования использует DCOCLK для формирования MCLK. Если необходимо, в качестве источника сигнала для MCLK можно использовать LFXT1 или XT2. Для смены источника тактирования сигнала MCLK с модуля DCO на тактирование от кварцевого резонатора (LFXT1CLK или XT2CLK) используется следующая последовательность команд:
- Переключение на кварцевый резонатор
- Очистка флага OFIFG
- Ожидание в течение примерно 50 мкС
- Проверка OFIFG и повторение шагов с 1-4 до тех пор, пока OFIFG остается очищенным.
; Выбор LFXT1 (в режиме HF) для MCLK
BIC #OSCOFF,SR ; включение осциллятора
BIS.B #XTS,BCSCTL1 ; установка режима HF
L1 BIC.B #OFIFG,&IFG1 ; очистка OFIFG
MOV #0FFh,R15 ; задержка
L2 DEC R15 ;
JNZ L2 ;
BIT.B #OFIFG,&IFG1 ; повторная проверка OFIFG
JNZ L1 ; повторение проверки, если необходимо
BIS.B #SELM1+SELM0,&BCSCTL2 ; выбор LFXT1CLK
4.2.7 Синхронизация сигналов тактирования
Когда происходит переключение MCLK или SMCLK на другой источник опорной тактовой частоты, переключатель синхронизируется, чтобы избежать критических состояний «гонки» сигналов. Это показано на рис. 4.10:
- Текущий тактовый цикл продолжается до следующего фронта сигнала исходного источника.
- Уровень тактового сигнала (MCLK) остается высоким до следующего фронта сигнала нового источника.
- Выбирается новый источник тактирования и далее MCLK продолжает работать от него, начиная с полного периода нового источника.
Рис.4-10 Переключение MCLK с DCOCLK на LFXT1CLK
| 
