Семейство микроконтроллеров MSP430X1XX, руководство пользователя (2004)

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. Кристалл 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.

XT может быть использован с внешним источником тактирования, который подключается к выводу XT2IN. Частота внешнего тактового сигнала выбирается в соответствии с параметрами 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

MSP430x1xxFamily

Рис. 4-3. Сигналы выключения осциллятора XT2

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. На рисунке 4-5 приведена зависимость частоты DCO от значений DCOx и RSELx

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 DCOx+1. В случае установки DCOx = 07h значение MODx не будет влиять на частоту DCO, так как для DCOx уже установлено максимальное значение.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 300 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.

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. Заме-

1 EMI – ElectroMagnetic Interference

чания по применению и примеры кода для конфигурирования DCO можно найти на сайте http://www.ti.com/sc/msp430.

4.2.6.Надежность работы основного модуля тактирования

Восновном 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.

MSP430x1xxFamily

Определение неисправности осциллятора выполняется только для LFXT1 в режиме HF и для XT2. Детектирование неисправности осциллятора модуля LFXT1 в режиме LF не производится.

ФлагOFIFGустанавливаетсясигналомнеисправностиосциллятораXT_OscFault. Сигнал XT_OscFault устанавливает 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.

Вустройствах, 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.

Вустройствах, 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.

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:

Рис. 4-9 Прерывание при неисправности осциллятора

1)Переключение на кварцевый резонатор

2)Очистка флага OFIFG

3)Ожидание в течение примерно 50 мкС

4)Проверка OFIFG и повторение шагов с 1-4 до тех пор, пока OFIFG остается очищенным.

;Выбор LFXT1 (в режиме HF) для MCLK

MSP430x1xxFamily

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:

Рис. 4-10. Переключение MCLK с DCOCLK на LFXT1CLK

1)Текущий тактовый цикл продолжается до следующего фронта сигнала исходного источника.

2)Уровень тактового сигнала (MCLK) остается высоким до следующего фронта сигнала нового источника.

3)Выбирается новый источник тактирования и далее MCLK продолжает работать от него, начиная с полного периода нового источника.

4.3.Регистры основного модуля тактирования

Перечень регистров основного модуля тактирования приведен в таблице 4.1.

Таблица 4-1. Регистры основного модуля тактирования

DCOCTL, регистр управления DCO

BCSCTL1, регистр 1 управления системой основного тактирования

BCSCTL2, регистр 2 управления системой основного тактирования

MSP430x1xxFamily

IE1, регистр 1 разрешения прерываний

IFG1, регистр 1 флагов прерываний