MSP430G2553系统学习之系统时钟

把MSP430G2553的系统时钟作为系统学习的一篇讲解可见他的重要性，那为什么要把时钟放到第一位呢？学过FPGA的朋友都能体会得到，如果把CPU的所有工作任务作为纵坐标（y轴），那么时钟就是他的横坐标（x轴）了，如下图1 时钟概念所示。

图 1 时钟概念
也就是说时钟就是一个微机（小到8位的51单片机大到32位的S3C2440等）在时域上的一个衡量标准。如果学过FPGA的朋友都很清楚，微机是以对输入的时钟源的脉冲计数的方式来确定时域参数的。所以，MSP430单片机也一样，拿到他之后首先从时钟入手，一定要养成这种系统学习的好方法，否则再学一百款单片机也是感觉再学新的，做不到举一反三，事半功倍的效果。如果能够把握这其中的通理，你会有所有的单片机都一样样的感觉，当然学起来也就游刃有余了。废话不多说了，进入正题。
一 、硬件
Msp420g2553的系统时钟是由VLOCK、LFXT1CLK和DCOCLK组成，如下图2 系统时钟组成所示：

图2 系统时钟组成
即2553的系统时钟源有三个分别是片内超低功耗12KHz的内部振荡器；由外部时钟源提供的LFXT1CLK时钟源，也即LanuchPad开发板上未焊接的时钟电路，在这里我们可以焊接一个32.768KHz的低频时钟晶体由2553的XIN引脚输入；片内可数字控制的振荡器DCOCLK，在软件的调节下该时钟的输出范围为0.6MHz到26MHz。在这三个时钟源的独立工作或是在三个时钟源相互协调配合（是可以通过软件配置的）下为2553系统提供了系统时钟ACLK、MCLK和SMCLK。
ACLK为辅助时钟，由软件选择来自VLOCK、LFXT1CLK之一经过1,2,4,8分频之后得到，为外围模块提供时钟源。
MCLK为主时钟，由软件选择来自VLOCK、LFXT1CLK和DCOCLK之一经过1,2,4,8分频之后得到，为CPU和系统提供时钟。
SMCLK为子系统时钟，由软件选择来自VLOCK、LFXT1CLK和DCOCLK之一经过1,2,4,8分频之后得到，为外围各个模块提供时钟。
只有灵活掌握了系统时钟的配置之后才能为之后深入学习2553打下扎实的基础，例如之后再调试通用串口通信接口USCI时就不必考虑、担心自己的时钟是否配置错误的问题了，也为调试扫清了道路。
二、软件
了解了硬件构成便可以着手动手编写代码，对msp430g2553的系统时钟进行配置了，该代码的作用就是要实现对ACLK、MCLK和SMCLK的配置以供其他模块儿方便的使用。软件代码的编写笔者采用了模块儿化编程，这也是笔者在学习ARM（S3C2440）的时候体会到的一种对单片机应用的编程方法，今天就把这种布局应用于430单片机的应用之中。
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 * File name      :   clock.c
 * Creating time :   2012-7-11
 * Author         ：  李帅
 * pen-name       ：  亦然
 * Organization   ：  济南大学
 * Function       :   该文件可用作模块儿化编程作为MSP430G2553的系统时钟配置文                    件，在工程的主函数中直接调用Init_Clk()函数即可对系统时钟
                     进行配置。
 * Declareing     ：  如有错误的地方请各位指出，交流。交流使我们共同进步！
 * E-mail         :   ls_core@sina.cn
*************************************************************/
#include
                         / *DCOCTL 寄存器*/
    / **********************************************************
    * bit7     bit6     bit5     bit4     bit3     bit2     bit1     bit0
    * DCO.2    CCO.1    DCO.0    MOD.4    MOD.3    MOD.2    MOD.1    MOD.0
    * DCO.0——DCO.2定义8种频率之一，可分段调节DCOCLK频率，相邻两种频率相差10%。
    * 而频率由注入直流发生器的电流定义。
    * MOD.O——MOD.4定义在32个DCO周期中插入的fdco+l周期个数，而在余下的DCO周期
    * 中为fDco周期，控制切换DCO和DCO+1选择的两种频率。如果DCO常数为7，表示已
    * 经选择最高颂率，此时不能利用MOD.O-MOD.4进行频率调整。
    * *********************************************************/
 
                         / *BCSCTL1 寄存器*/
    / **********************************************************
    * bit7      bit6      bit5      bit4     bit3     bit2   bit1   bit0
    * XT2OFF   XTS       DIVA.1    DIVA.0  XT5V    Rse1.2  Rse1.1   Rse1.0
    *XT2OFF控制 XT2 振荡器的开启与关闭。
    *XT2OFF=0，XT2振荡器开启；
    *XT2OFF=1，XT2振疡器关闭(默认XT2关闭)。
    *XTS控制 LFXTl 工作模武，选择需结合实际晶体振荡器连接情况。
    *XTS=0，LFXTl工作在低频模式 (默认低频模式)；
    *XTS=1，LFXTl工作在高频模式(必须连接有相应高频时钟源)。
    *DIVA.0，DIVA.l控制ACLK分频。
    *0  不分频（默认不分频）；
    *1  2分频；                                                                            *2  4分频；
    *3  8分频。
    *XT5V此位设置为0。
    *Rse1.0，Rsel.l，Rse1.2三位控制某个内部电阻以决定标称频率。
    *Rse1=0，选择最低的频率；
    *Rse1=7，选择最低的标称频率；
    ***********************************************************/
  
                         / *BCSCTL2 寄存器*/
    / **********************************************************
    * bit7     bit6     bit5     bit4     bit3     bit2     bit1     bit0
    *SELM.1   SELM.0   DIVM.1   DIVM.0   SELS     DIVS.1   DIVS.0   DCOR

       SELM.1，SELM.0= 00    MCLK时钟源为DCOCLK    DIVM.1，DlVM.0=00   不分频  DIVS.1，DIVS.0=00  SMCLK对MCLK不分频
       SELM.1，SELM.0= 01    MCLK时钟源为DCOCLK    DIVM.1，DlVM.0=01    2分频  DIVS.1，DIVS.0=01   SMCLK对MCLK2分频
       SELM.1，SELM.0= 10    MCLK时钟源为LFXTICLK  DIVM.1，DlVM.0=10    4分频   DIVS.1，DIVS.0=10   SMCLK对MCLK4分频
       SELM.1，SELM.0= 11    MCLK时钟源为LFXT1CLK  DIVM.1，DlVM.0 =11   8分频  DIVS.1，DIVS.0=11  SMCLK对MCLK8分频
根据以上设定规则：
      BCSCTL2=00 00 00 00  MCLK和SMCLK都选DCOCLK不分频                                  0x00
      BCSCTL2=01 00 00 00  MCLK和SMCLK也选DCOCLK不分频                                  0x40
      BCSCTL2=10 00 00 00  MCLK和SMCLK都选LFXTICLK不分频                                 0x80
      BCSCTL2=11 00 00 00  MCLK和SMCLK都选LFXT1CLK不分频                                0xc0

      BCSCTL2=01 01 00 10  MCLK选DCOCLK  2分频      MCLK2分频                            0x52
      BCSCTL2=10 10 01 00  MCLK选LFXTICLK 4分频      MCLK4分频                           0xA4
      BCSCTL2=11 11 0110  MCLK选LFXT1CLK8分频      MCLK8分频                            0xF6
     .。。。。。。。。。
    *选择 MCLK 时钟源。
    *0  时钟源为 DCOLCK（默认时钟源）；
    *1  时钟源为DCOCLK ;
    *2  时钟源为LFXTlCLK；
    *3     时钟源为 LFXT1CLK 。
    *DIVM.1，DlVM.0选择 MCLK 分频。
    *0  1分频（默认MCLK=DCOCLK）；
    *1  2分频；
    *2  4分频；
    *3  8分频。
    *DIVS.1，DIVS.0选择 SMCLK 分频。
    *0  1分频（默认 SMCLK=MCLK)；
    *1  2分频；
    *2  4分频；
    *3  8分频。
    *********************************************************/
  
                         / *BCSCTL3 寄存器*/
    / ********************************************************
     * bit7     bit6     bit5     bit4     bit3     bit2     bit1     bit0
     * XT2S1   XT2S0  LFXT1S1  LFXT1S0  XCAP1   XCAP0  XT2OF   LFXT1OF
     * XT2S1和XT2S0（2553不支持）
     * LFXT1S1和LFXT1S0选择LFXT1的范围。
     * XCAP1和XCAP0选择LFXT1的匹配电容
     * 00  1pf
     * 01  6pf
     * 10  10pf
     * 11  12.5pf
    

*********************************************************/
 
/ *******************************************************
* 静态函数声明
******************************************************/
static void DcoClkSet(unsigned char x,unsigned char y); //msp430g2553datasheet P30
static void MClkSet(unsigned char Div);
static void SMClkSet(unsigned char Div);
static void AClkSet(unsigned char Div);
 
/ *********************************************************
* 函数名    :  DcoClkSet
* 函数功能  :  对时钟DCOCLK进行配置
* 函数形参  :  传入的形参为x和y，其值参考2553datsheet第28页中DCO频率表
* 函数返回值 :  无
********************************************************/
                                                                     

void DcoClkSet(unsigned char x,unsigned char y)  // msp430g2553datasheet P30
{
    DCOCTL &=~( 0xFF);
    BCSCTL1 &=~( 0xFF);
    unsigned char temp=(x<<4)+y;
    switch(temp){
       case 0x00: {
           DCOCTL  &=~( DCO0 + DCO1 + DCO2);
           BCSCTL1 &=~( RSEL0 + RSEL1 + RSEL2 + RSEL3);
           break;
       }
       case 0x03: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1 );
           BCSCTL1 &=~( RSEL0 + RSEL1 + RSEL2 + RSEL3);
           break;
       }
       case 0x13: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1 );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 );
           break;
       }
       case 0x23: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1 );
           BCSCTL1 |= ( RSEL1 );
           break;
       }
       case 0x33: {
           DCOCTL  |=  ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 + RSEL1 );
           break;
       }
       case 0x43: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL2);
           break;
       }
       case 0x53: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 + RSEL2 );
           break;
       }
       case 0x63: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL1 + RSEL2 );
           break;
       }
       case 0x73: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 + RSEL1 + RSEL2 );
           break;
       }
       case 0x83: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL3);
           break;
       }
       case 0x93: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0+ RSEL3);
           break;
       }
       case 0xA3: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL1 + RSEL3);
           break;
       }
       case 0xB3: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1 );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 + RSEL1 + RSEL3);
           break;
       }
       case 0xC3: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1 );
           BCSCTL1 |= ( RSEL2 + RSEL3);
           break;
       }
       case 0xD3: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1 );
           DCOCTL  |= ( MOD4 + MOD3 + MOD2 + MOD1 + MOD0 );//微调DCOCLK
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 + RSEL2 + RSEL3);
           break;
       }
       case 0xE3: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL1 + RSEL2 + RSEL3);
           break;
       }
       case 0xF3: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1  );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 + RSEL1 + RSEL2 + RSEL3);
           break;
       }
       case 0xF7: {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1 + DCO2 );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 + RSEL1 + RSEL2 + RSEL3);
           break;
       }
       default:   {
           DCOCTL  |= ( DCO0 + DCO1 + DCO2 );
           BCSCTL1 |= ( RSEL0 + RSEL1 + RSEL2 + RSEL3);
       }
    }
}
/ ******************************************************
* 函数名    :  MClkSet
* 函数功能  :  对时钟MCLK进行配置
* 函数形参  :  传入的形参为Div，对时钟源DCOCLK进行Div分频
* 函数返回值 :  无
****************************************************/
void MClkSet(unsigned char Div)
{
    BCSCTL2 &= ~(SELM1+SELM0);         //select DCOCLK for MCLK
    switch(Div){                           //1分频
       case 0x01:{
           BCSCTL2 &=~(DIVM1 + DIVM0);
           break;
       }
       case 0x02:{                        //2分频
           BCSCTL2 &=~(DIVM1 + DIVM0);
           BCSCTL2 |=DIVM0;
           break;
       }
       case 0x04:{                        //4分频
           BCSCTL2 &=~(DIVM1 + DIVM0);
           BCSCTL2 |=DIVM1;
           break;
       }
       case 0x08:{                        //8分频
           BCSCTL2 |=(DIVM1 + DIVM0);
           break;
       }
       default :{                          //默认不分频
           BCSCTL2 &=~(DIVM1 + DIVM0);
       } 
    }
}
/ ******************************************************
* 函数名    :  SMClkSet
* 函数功能  :  对时钟MCLK进行配置
* 函数形参  :  传入的形参为Div，对时钟源DCOCLK进行Div分频
* 函数返回值 :  无
*******************************************************/
void SMClkSet(unsigned char Div)
{
    BCSCTL2 &= ~(SELM1+SELM0);             //select DCOCLK for SMCLK
    switch(Div){
       case 0x01:{                        //1分频
           BCSCTL2 &=~(DIVS_3);
           break;
       }
       case 0x02:{                        //2分频
           BCSCTL2 &=~(DIVS_3);
           BCSCTL2 |=(DIVS_1);
           break;
       }
       case 0x04:{                        //4分频
           BCSCTL2 &=~(DIVS_3);
           BCSCTL2 |=(DIVS_2);
           break;
       }
       case 0x08:{                        //8分频
           BCSCTL2 |=(DIVS_3);
           break;
       }
       default :{                          //默认不分频
           BCSCTL2 &=~(DIVS_3);
       } 
    }
}
 
/ ******************************************************
* 函数名    :  AClkSet
* 函数功能  :  对时钟MCLK进行配置
* 函数形参  :  传入的形参为Div，对时钟源LFXT1CLK进行Div分频
* 函数返回值 :  无
*******************************************************/
void AClkSet(unsigned char Div)
{
    BCSCTL1 &=~(XTS);                      //low-frequency mode
    switch(Div){
       case 0x01:{                        //1分频
           BCSCTL1 &=~(DIVA_3);
           break;
       }
       case 0x02:{                        //2分频
           BCSCTL1 &=~(DIVA_3);
           BCSCTL1 |=(DIVA_1);
           break;
       }
       case 0x04:{                        //4分频
           BCSCTL1 &=~(DIVA_3);
           BCSCTL1 |=(DIVA_2);
           break;
       }
       case 0x08:{                        //8分频
           BCSCTL1 |=(DIVA_3);
           break;
       }
       default :{                          //默认不分频
           BCSCTL1 &=~(DIVA_3);
       } 
    }
    BCSCTL3 |= XT2S0 + LFXT1S0 + XCAP_3;   //配置ACLK匹配电容
}
/ **********************************************************
* 名称  :   Init_Clk()
* 功能  :   MSP430时钟系统初始化程序
* 输入  :   无
* 返回值 :   无
*************************************************************/
void Init_Clk()                //时钟系统设置
{
    DcoClkSet(13,3);             //7.84MHz     2553datasheet 第28页
    AClkSet(0x08);              //8分频LFXT1CLK
    SMClkSet(0x08);             //8分频DCOCLK
    MClkSet(0x01);              //8分频DCOCLK
}
/ ************************   end of file   *************************/
在编写好代码之后，为了验证是否正确，笔者在CCS4下面建立了一个工程，并在主函数中调用Init_Clk()；
#include
#include "clock.h"
void main()
{
    WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
    P1DIR |=BIT4;
    P1SEL |=BIT4;     //配置P1.4为SMCLK输出功能
    Init_Clk();
}
通过示波器看起输出波形是否正确。下图3 SMCLK波形中示波器所示波形为系统经过8分频DCOCLK后得到的SMCLK，其大小为0.98MHz正好是DcoClkSet(13,3)之后得到的DCOCLK时钟（7.84MHz）经过8分频之后的大小。

图 3 示波器观察SMCLK输出波形
 
    好啦，讲了这些希望初学者对对系统时钟有一个整体把握，希望前辈能多多指正，谢谢！我在后面还会将我的学习心得整理成文，包括FPGA和ARM等。再次声明，文中若有技术错误或是不足望各位多多指正，多多交流。共同交流使得我们共同进步！希望将我的学习心得与您分享，谢谢！下次总结再见。