第三章 MSP430基本外設(shè)-低功耗模式

單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2

低功耗模式MSP430系列單片機最主要的特征就是低功耗，該特性適合應(yīng)用于采用長時間電池供電的工作場合。MSP430系統(tǒng)使用不同的時鐘信號：ACLK、MCLK和SMCLK。這3種不同頻率的時鐘輸出給不同的模塊，從而更合理地利用系統(tǒng)的電源，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的超低功耗。MSP430單片機具有7種低功耗模式（LPM0～4、LPM3.5和LPM4.5，后兩種模式并非全部系列都具有），通過不同程度的休眠，可降低系統(tǒng)功耗。MSP430系列單片機各個模塊運行完全獨立，定時器、輸入/輸出端口、A/D轉(zhuǎn)換、看門狗、液晶顯示器等都可在CPU休眠狀態(tài)下運行。系統(tǒng)能以最低功耗運行，當需要CPU工作時，任何模塊都可以通過中斷喚醒CPU，完成工作后又可以進入相應(yīng)的休眠狀態(tài)。這一特性是MSP430系列單片機最突出的優(yōu)點，也是與其他單片機的最大區(qū)別。單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2

低功耗模式MSP430單片機能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗的根本原因是在不同的低功耗模式下關(guān)閉不同的系統(tǒng)時鐘，關(guān)閉的系統(tǒng)時鐘越多休眠模式越深。通過CPU狀態(tài)寄存器SR中的SCG1、SCG0、OSCOFF和CPUOFF這4個控制位的配置來關(guān)閉系統(tǒng)時鐘，使MSP430單片機從活動模式進入到相應(yīng)的低功耗模式。再通過中斷方式從各種低功耗模式回到活動模式。活動模式低功耗模式SCG1、SCG0、OSCOFF、CPUOFF中斷單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2

低功耗模式注意：在任何一種低功耗模式下，CPU都被關(guān)閉，程序?qū)⑼Ｖ箞?zhí)行，直到被中斷喚醒或單片機復(fù)位。因此在進入任何一種低功耗模式之前，都必須設(shè)置好喚醒CPU的中斷條件、打開中斷允許位、等待被喚醒，否則程序?qū)⒂锌赡苡肋h停止運行。另外，MSP430的瞬間響應(yīng)特性是系統(tǒng)超低功耗事件驅(qū)動方式的重要保證。單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2.1低功耗工作模式工作模式、控制位和時鐘的活動狀態(tài)之間的相互關(guān)系。表示中斷標志位設(shè)置該模式下哪些時鐘關(guān)閉，哪些時鐘開啟單片機技術(shù)與應(yīng)用工作模式控制位CPU和時鐘狀態(tài)喚醒中斷源活動模式（AM）SCG1=0,SCG0=0,OSCOFF=0,CPUOFF=0CPU活動MCLK活動SMCLK活動ACLK活動DCO可用FLL可用定時器、ADC、DMA、UART、WDT、I/O、比較器、外部中斷、RTC、串行通信、其他外設(shè)低功耗模式0（LPM0）SCG1=0,SCG0=0,OSCOFF=0,CPUOFF=1CPU禁止MCLK禁止SMCLK活動ACLK活動DCO可用FLL可用定時器、ADC、DMA、UART、WDT、I/O、比較器、外部中斷、RTC、串行通信、其他外設(shè)低功耗模式1（LPM1）SCG1=0,SCG0=1,OSCOFF=0,CPUOFF=1CPU禁止MCLK禁止SMCLK活動ACLK活動DCO可用FLL禁止定時器、ADC、DMA、UART、WDT、I/O、比較器、外部中斷、RTC、串行通信、其他外設(shè)低功耗模式2（LPM2）SCG1=1,SCG0=0,OSCOFF=0,CPUOFF=1CPU禁止MCLK禁止SMCLK禁止ACLK活動DCO可用FLL禁止定時器、ADC、DMA、UART、WDT、I/O、比較器、外部中斷、RTC、串行通信、其他外設(shè)低功耗模式3（LPM3）SCG1=1,SCG0=1,OSCOFF=0,CPUOFF=1CPU禁止MCLK禁止SMCLK禁止ACLK活動DCO可用FLL禁止定時器、ADC、DMA、UART、WDT、I/O、比較器、外部中斷、RTC、串行通信、其他外設(shè)低功耗模式4（LPM4）SCG1=1,SCG0=1,OSCOFF=1,CPUOFF=1CPU禁止所有時鐘禁止復(fù)位信號、外部中斷低功耗模式3.5（LPM3.5）SCG1=1,SCG0=1,OSCOFF=1,CPUOFF=1當PMMREGOFF=1，無RAM保持，RTC可以啟用（僅限MSP430F5xx）復(fù)位信號、外部中斷、RTC低功耗模式4.5（LPM4.5）SCG1=1,SCG0=1,OSCOFF=1,CPUOFF=1當PMMREGOFF=1，無RAM保持，RTC禁止（僅限MSP430F5xx）復(fù)位信號、外部中斷單片機技術(shù)與應(yīng)用MSP430內(nèi)部各模塊運行完全獨立。各片內(nèi)模塊可通過禁止相應(yīng)寄存器中的控制位來關(guān)閉。一旦改變了SR中的模式控制位（SCG0、SCG1、OSCOFF、CPUOFF），工作模式便立即改變，有關(guān)模塊也因為相應(yīng)的時鐘源被禁止而被關(guān)閉。改變模式不影響所有的I/O引腳及RAM/寄存器的值。SCG0SCG1CZNGIECPUOFFOSCOFF76543210保留V15141312111098SR狀態(tài)寄存器單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2.2進入和退出低功耗模式在活動模式下，按低功耗模式設(shè)定SR中的控制位，MSP430就進入設(shè)定的低功耗模式，此時CPU寄存器的值保持不變，有關(guān)的模塊也因為相應(yīng)的時鐘源被禁止而被關(guān)閉。任意中斷均可喚醒處于低功耗模式的MSP430，使MSP430切換到AM活動模式，即退出低功耗模式。單片機技術(shù)與應(yīng)用硬件自動中斷當前服務(wù) PC入棧 SR入棧

中斷向量賦給PC GIE、CPUOFF、OSCOFF和SCG1清除 IFG標志位清除（單源中斷標志）執(zhí)行中斷處理子程序執(zhí)行RETI指令（中斷返回） SR出棧（恢復(fù)原來的標志） PC出棧在低功耗模式下，所有的I/O引腳和RAM寄存器將保持不變。可以通過開中斷后用中斷事件來喚醒LMP0到LMP4。系統(tǒng)響應(yīng)中斷的過程單片機技術(shù)與應(yīng)用堆棧初始狀態(tài)入棧時PC和SR出棧前PC和SR系統(tǒng)響應(yīng)中斷時的堆棧情況：單片機技術(shù)與應(yīng)用中斷將CPU從休眠狀態(tài)中喚醒：在中斷處理過程中對控制位GIE、CPUOFF、OSCOFF和SCG1自動清除，從而使CPU進入活動模式。系統(tǒng)低功耗模式的保持：中斷響應(yīng)時，將SR入棧保存，即保存系統(tǒng)某種低功耗狀態(tài)。中斷響應(yīng)結(jié)束時，通過RETI指令使SR出棧，恢復(fù)系統(tǒng)進入中斷之前的低功耗狀態(tài)。系統(tǒng)根據(jù)需求在各種低功耗模式之間切換：在中斷處理子程序過程中，根據(jù)中斷結(jié)束之后要進入的工作模式對壓入堆棧的SR內(nèi)容進行修改，當前中斷事件處理完畢，執(zhí)行RETI指令時，系統(tǒng)就按照出棧的SR內(nèi)容進入另一種工作模式。單片機技術(shù)與應(yīng)用;主程序…..;初始化操作開始…………;初始化完畢BIS#GIE+CPUOFF，SR;主程序中設(shè)置低功耗模式0…...;主程序在這里停止;中斷子程序……;中斷處理開始…………;中斷處理結(jié)束BIS#GIE+CPUOFF+SCG1+SCG0，0(SP);設(shè)置SR為低功耗模式3RETI;中斷返回;系統(tǒng)進入低功耗模式3……例：系統(tǒng)初始化完畢之后工作于低功耗模式0，中斷事件觸發(fā)到活動模式，中斷處理結(jié)束后進入到低功耗模式3。單片機技術(shù)與應(yīng)用在上述處理過程中，堆棧的變化情況，如下圖所示：堆棧初始狀態(tài)入棧時PC和SR出棧前PC和SR單片機技術(shù)與應(yīng)用;主程序…..;初始化操作開始…………;初始化完畢BIS#GIE+CPUOFF，SR;主程序中設(shè)置低功耗模式0L1;操作1L2;操作2……;中斷子程序……;中斷處理開始…………;中斷處理結(jié)束BIC#0000h，0(SP);設(shè)置SR為活動模式RETI;中斷返回，系統(tǒng)進入活動模式……例：如果期待主程序在中斷返回之后繼續(xù)執(zhí)行某些操作，可以在中斷處理子程序中改變SR的值為活動模式單片機技術(shù)與應(yīng)用當進入LPMx.5（LPM3.5和LPM4.5）模式時，電源管理模塊（PMM）的電壓調(diào)節(jié)器也停止工作。所有的RAM、寄存器及I/O口的配置數(shù)據(jù)都將丟失，所有的I/O口被鎖定在當前狀態(tài)。LMP4.5可以通過上電、復(fù)位或具體的I/O口來喚醒。在LPM3.5模式下，除了可以用LPM4.5模式下的喚醒事件外，還可用RTC喚醒事件來喚醒。從LPMx.5模式下退出都會產(chǎn)生一次BOR事件。因此，在退出LPMx.5模式后，I/O口的狀態(tài)將一直保持鎖定狀態(tài)直到應(yīng)用程序解除鎖定，用戶應(yīng)根據(jù)需要重新配置芯片。進入和退出低功耗模式（LPMx.5）單片機技術(shù)與應(yīng)用進入LPMx.5前，需要進行以下操作：(1)適當配置I/O口。將所有端口設(shè)置為通用I/O口，實際應(yīng)用的每個端口保證沒有懸空輸入管腳。如果希望通過I/O口喚醒，需要恰當配置具有中斷能力的相關(guān)I/O口。(2)在LPMx.5模式下如果希望通過RTC（實時時鐘）喚醒，則需要配置RTC中斷。進入和退出低功耗模式（LPMx.5）單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2.3低功耗應(yīng)用原則一般的低功耗原則最大化延長其在LPM3或LPM4模式下的時間，用32KHz晶振作為ACLK時鐘，DCO用于CPU激活后的突發(fā)短暫運行。如果在應(yīng)用中有短暫性的周期工作并對反應(yīng)速度不敏感的場合，可以最大化的利用LPMx.5模式來降低功耗。用接口模塊代替軟件驅(qū)動功能。例如Timer_A和Timer_B可以自動產(chǎn)生PWM和捕獲外部時序，而不占用CPU資源。單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2.3低功耗應(yīng)用原則一般的低功耗原則用中斷控制程序運行。用可計算的分支代替標志位測試產(chǎn)生的分支。用快速查表代替冗長的軟件計算。在冗長的軟件計算中使用單周期的CPU寄存器。避免頻繁的子程序和函數(shù)調(diào)用。盡可能直接用電池供電。單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2.3低功耗應(yīng)用原則在設(shè)計外設(shè)時還有一些常規(guī)原則將不用的FETI輸入端連接到VSS。JTAG端口TMS、TCK和TDI不要連接到VSS。CMOS輸入端不能有浮空節(jié)點，將所有輸入端接適當?shù)碾娖?。不論對于?nèi)核還是對于各外圍模塊，選擇盡可能低的運行頻率，如果不影響功能應(yīng)設(shè)計自動關(guān)機。單片機技術(shù)與應(yīng)用與低功耗模式相關(guān)的內(nèi)部函數(shù)__bis_SR_register(LPM0_bits);或LPM0; //進入低功耗模式0__bis_SR_register(LPM1_bits);或LPM1; //進入低功耗模式1__bis_SR_register(LPM2_bits);或LPM2; //進入低功耗模式2__bis_SR_register(LPM3_bits);或LPM3; //進入低功耗模式3__bis_SR_register(LPM4_bits);或LPM4; //進入低功耗模式4__bic_SR_register_on_exit(LPM0_bits);或LPM0_EXIT;//退出低功耗模式0__bic_SR_register_on_exit(LPM1_bits);或LPM1_EXIT;//退出低功耗模式1__bic_SR_register_on_exit(LPM2_bits);或LPM2_EXIT;//退出低功耗模式2__bic_SR_register_on_exit(LPM3_bits);或LPM3_EXIT;//退出低功耗模式3__bic_SR_register_on_exit(LPM4_bits);或LPM4_EXIT;//退出低功耗模式4__bis_SR_register(LPMx_bits+GIE);//常用,進低功耗模式x,啟用中斷(x=0～4)#define LPM0_bits(CPUOFF)#define LPM1_bits(SCG0+CPUOFF)#define LPM2_bits(SCG1+CPUOFF)#define LPM3_bits(SCG1+SCG0+CPUOFF)#define LPM4_bits(SCG1+SCG0+OSCOFF+CPUOFF)低功耗模式定義單片機技術(shù)與應(yīng)用§3.2.4低功耗應(yīng)用舉例（1）利用軟件延時的方法實現(xiàn)LED閃爍#include<msp430f5529.h>voidmain(void){volatileunsignedinti;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //關(guān)閉看門狗

P1DIR|=BIT0; //將P1.0設(shè)置為輸出

while(1) //主循環(huán)

{P1OUT^=BIT0;//反轉(zhuǎn)P1.0引腳輸出狀態(tài)

for(i=50000;i>0;i--); //延時一段時間

}}例：假設(shè)MSP430F5529單片機的P1.0引腳外接一個紅色的小LED，分別利用軟件延遲和定時器實現(xiàn)LED閃爍。單片機技術(shù)與應(yīng)用（2）利用定時器延時實現(xiàn)LED閃爍#include<msp430f5529.h>voidmain(void){WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //關(guān)閉看門狗

P1DIR|=0x01; //將P1.0設(shè)為輸出

TA0CCTL0=CCIE; //CCR0中斷允許

TA0CCR0=50000;TA0CTL=TASSEL_2+MC_1+TACLR;//參考時鐘選擇SMCLK, //增計數(shù)模式,清除TAR計 //數(shù)器

__bis_SR_register(LPM0_bits+GIE); //進入LPM0并使能全局中斷}//TA0中斷服務(wù)程序#pragmavector=TIMER0_A0_VECTOR__interruptvoidTIMER0_A0_ISR(void){P1OUT^=0x01; //反轉(zhuǎn)P1.0端口狀態(tài)}單片機技術(shù)與應(yīng)用在利用軟件延時的方法實現(xiàn)LED閃爍的程序中，CPU從50000開始一直在減計數(shù)，直到i等于0，反轉(zhuǎn)一次P1.0端口狀態(tài)，之后繼續(xù)計數(shù)，從不停止。在利用定時器延時的方法實現(xiàn)LED閃爍的程序中，當程序?qū)⒍〞r器TA0配置完成之后，MSP430單片機就進入LPM0模式，CPU立刻被停止。只有當定時時間到（50000個SMCLK時鐘周期），CPU才被喚醒執(zhí)行TA0中斷服務(wù)程序，進而反轉(zhuǎn)P1.0端口輸出狀態(tài)，之后再次進入LPM0，等待定時時間到再反轉(zhuǎn)P1.0端口輸出狀態(tài)。單片機技術(shù)與應(yīng)用（1）采用等待的方法進行串口發(fā)送voidUSCI_A0_PutChar(charChr);/***********************************************************名稱：USCI_A0_PutChar()*功能：從串口發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)*入口參數(shù)：Chr:待發(fā)送的1字節(jié)數(shù)據(jù)*出口參數(shù)：無*說明：該函數(shù)在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中會阻塞CPU運行**********************************************************/voidUSCI_A0_PutChar(charChr){ UCA0TXBUF=Chr; while(!(UCA0IFG&UCTXIFG));//等待該字節(jié)發(fā)送完畢}例：MSP430F5529單片機從串口發(fā)送1個字節(jié)數(shù)據(jù)，先將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器，等待發(fā)送完畢，然后再發(fā)送下1個字節(jié)。利用低功耗模式替代程序流程中的等待過程。單片機技術(shù)與應(yīng)用（2）采用低功耗模式進行串口發(fā)送voidUSCI_A0_PutChar(charChr);/***********************************************************名稱：USCI_A0_PutChar()*功能：從串口發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)*入口參數(shù)：Chr:待發(fā)送的1字節(jié)數(shù)據(jù)*出口參數(shù)：無*說明：利用低功耗模式發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)，不會阻塞CPU運行**********************************************************/voidUSCI_A0_PutChar(charChr){UCA0TXBUF=Chr;__bis_SR_register(LPM3_bits+GIE);}例：MSP430F5529單片機從串口發(fā)送1個字節(jié)數(shù)據(jù)，先將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器，等待發(fā)送完畢，然后再發(fā)送下1個字節(jié)。利用低功耗模式替代程序流程中的等待過程。單片機技術(shù)與應(yīng)用（2）采用低功耗模式進行串口發(fā)送//USCI_A0中斷服務(wù)程序#pragmavector=USCI_A0_VECTOR__interruptvoidUSCI_A0_ISR(void){switch(__even_in_range(UCA0IV,4)){case0:break; //中斷向量0—無中斷

case2:break; //中斷向量2—接收中斷

case4: //中斷向量4—發(fā)送中斷__bic_SR_register_on_exit(LPM3_bits);break;default:break;}}例：MSP430F5529單片機從串口發(fā)送1個字節(jié)數(shù)據(jù)，先將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器，等待發(fā)送完畢，然后再發(fā)送下1個字節(jié)。利用低功耗模式替代程序流程中的等待過程。單片機技術(shù)與應(yīng)用采用等待的方法發(fā)送數(shù)據(jù)速度較慢且會阻塞CPU的運行，同時，CPU也將耗去大部分的電能。若將等待過程替換成休眠模式，則可節(jié)省大量的CPU耗電。假設(shè)使用ACLK作為串口模塊的時鐘，進入LPM3后串口仍然工作，而CPU及大部分系統(tǒng)時鐘已經(jīng)停止工作，由串口發(fā)送完畢中斷喚醒CPU繼續(xù)執(zhí)行。單片機技術(shù)與應(yīng)用例：請用C語言編寫程序,