1，工作模式簡介

MSP430單片機(jī)在低功耗方面的表現(xiàn)是非常優(yōu)秀的，非常適合手持設(shè)備的應(yīng)用。MSP430通過軟件控制其時(shí)鐘系統(tǒng)可以工作在多種工作模式，包括一種活動(dòng)模式和五種低功耗模式，通過這些工作模式，可合理的利用系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的低功耗。

2，運(yùn)行模式

MSP430的運(yùn)行模式以先進(jìn)的方式支持超低功率和超低功耗的各種要求。這是通過各模塊的智能化管理和CPU的狀態(tài)組合而成。一個(gè)中斷事件將系統(tǒng)從各種運(yùn)行模式中喚醒，而RETI指令又使運(yùn)行返回到中斷事件發(fā)生前的運(yùn)行模式。

MSP430系列為超低功耗應(yīng)用開發(fā)出采用不同功耗水平的運(yùn)行模式。

用CMOS技術(shù)設(shè)計(jì)超低功耗系統(tǒng)有三個(gè)主要目的：

※解決運(yùn)行速度和數(shù)據(jù)流量與低功耗設(shè)計(jì)的突出

※將各模塊的電流消耗降至最低

※閑置活動(dòng)狀態(tài)至最低要求

3，電流與控制方式

我們先來看這張圖，這是MSP430F14x在不同工作模式下電流消耗的典型值。從這張圖中我們可以看出，在工作模式4（LPM4），單片機(jī)電流僅為0.1uA。

MSP430系列單片機(jī)是通過CPU中狀態(tài)寄存器SR中的SCG1、SCG0、OscOff和CPUOff四個(gè)位來實(shí)現(xiàn)工作模式控制的。

4，中斷控制位

四個(gè)控制位的作用是：

SCG1：當(dāng)SCG1復(fù)位時(shí)，使能SMCLK；SCG1置位，則禁止SMCLK。

SCG0：當(dāng)SCG0復(fù)位時(shí)，直流發(fā)生器被激活，只有在SCG0置位且DCOCLK信號沒有用于MCLK或SMCLK，直流發(fā)生器才能被禁止。

OscOff：當(dāng)OscOff復(fù)位時(shí)，LFXT晶體振蕩器激活，只有當(dāng)OscOff被置位且不用于MCLK或SMCLK時(shí)，LFXT晶體振蕩器才能被禁止，當(dāng)使用振蕩器關(guān)閉選項(xiàng)OscOff時(shí)，需要考慮晶體振蕩器的設(shè)置時(shí)間。

CPUOff：當(dāng)CPUOff復(fù)位，用于CPU的時(shí)鐘信號MCLK被激活，當(dāng)CPU置位時(shí)，MCLK停止。

只要任意中斷被響應(yīng)，上述控制位就被壓入堆棧保存，中斷處理之后，又可以恢復(fù)以前的工作方式。在中斷處理子程序執(zhí)行期間，通過間接訪問堆棧數(shù)據(jù)，可以操作這些位，這樣在中斷返回后，MSP430單片機(jī)會以另一種功耗方式繼續(xù)運(yùn)行。

5，各種工作模式下MSP430耗電情況

通過控制上述四個(gè)控制位，MSP430單片機(jī)可以從活動(dòng)模式進(jìn)入到響應(yīng)的低功耗模式，而各種低功耗模式也可以通過中斷方式返回到活動(dòng)模式，各種工作模式之間的關(guān)系及好點(diǎn)情況，我們看這張圖。

要實(shí)現(xiàn)整個(gè)MSP430單片機(jī)系統(tǒng)的低功耗運(yùn)行，不僅要使CPU工作在低功耗模式，對其外圍模塊也要進(jìn)行有效的管理降低其功耗。MSP430系列單片機(jī)各個(gè)模塊運(yùn)行時(shí)完全獨(dú)立的，定時(shí)器、輸入/輸出端口、A/D轉(zhuǎn)換、看門狗、液晶顯示器等都可以在住CPU休眠的狀態(tài)下獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)需要主CPU工作時(shí)，任何一個(gè)模塊都可以通過中斷喚醒CPU，從而使系統(tǒng)以最低功耗運(yùn)行。為了充分利用CPU低功耗性能，可以讓CPU工作于突發(fā)狀態(tài)。在通常情況下，根據(jù)需要使用軟件將CPU設(shè)定到某一低功耗工作模式下，在需要時(shí)使用中斷將CPU從休眠狀態(tài)中喚醒，完成工作之后又可以進(jìn)入相應(yīng)的休眠狀態(tài)。

6，MSP430的瞬時(shí)響應(yīng)特性

如圖，我們可以看出MSP430的超低功耗的狀況。

MSP430的瞬時(shí)響應(yīng)特性是系統(tǒng)超低功耗事件驅(qū)動(dòng)方式的重要保證。

7，低功耗模式

7.1 工作模式

我們現(xiàn)在看到的是一張關(guān)于MSP430單片機(jī)工作模式的表格，里面一共有6種工作模式，分別是活動(dòng)模式(AM)，LPM0,LPM1，LPM2，LPM3，LPM4。這一節(jié)當(dāng)中，我們將詳細(xì)的介紹著5種低功耗模式。

SFR中的各模塊允許位確定各自功耗控制器工作狀態(tài)的配置。由用戶程序定義外圍模塊的活動(dòng)或停止。被禁止模塊的電流降到被禁止各部分的漏電流。模塊中唯一活動(dòng)的是完成受控使模塊進(jìn)入允許狀態(tài)或傳遞中斷請求（例如發(fā)生外部硬件中斷）給CPU的部分。

各模塊允許的選擇，有多達(dá)5種可能的省電模式:CPU關(guān)閉模式和4種系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的運(yùn)行組合。

7.2LPM0和LPM1

對SR中的CPUOff置位可選擇進(jìn)入低功耗模式0或1。置位后CPU立即停止運(yùn)行，系統(tǒng)內(nèi)核的常規(guī)操作停止。CPU的操作暫停直至有任一中斷請求或復(fù)位發(fā)生。所有內(nèi)部總線停止活動(dòng)。系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的繼續(xù)工作和時(shí)鐘信號MCLK及ACLK的活動(dòng)取決于SR中的其他3位，即SCG0、SCG1和OscOoff。SCG1定義MCLK運(yùn)行于ACLK的倍數(shù)或按DC0最近一次的控制信號運(yùn)行。

被允許并得到MCLK或ACLK信號的外圍模塊處于活動(dòng)狀態(tài)。I/O端口的全部引腳和RAM及寄存器保持不變。所有被允許的中斷事件可以從此狀態(tài)喚醒程序。

7.3 LPM2和LPM3

低功耗模式3和低功耗模式4，對SR中的CPUOff和SCG1置位可選擇進(jìn)入低功耗模式2或3。置位后CPU和MCLK立即停止運(yùn)行。它們暫停直至有任一中斷請求或復(fù)位發(fā)生。所有內(nèi)部總線停止活動(dòng)。SCG1定義MCLK在系統(tǒng)回到活動(dòng)模式時(shí)運(yùn)行于ACLK的倍數(shù)或按DCO最近一次的控制信號運(yùn)行。

被允許并得到ACLK信號的外圍模塊處于活動(dòng)狀態(tài)。工作時(shí)需要MCLK信號的外圍模塊因?yàn)镸CLK信號停止活動(dòng)而停止。I/O端口的全部引腳和RAM及寄存器保持不變。所有被允許的、不依賴于MCLK的中斷事件可以從此狀態(tài)喚醒。

7.4LPM4

LPM4也就是低功耗模式4，在這種模式下，全部活動(dòng)部件停止，只有RAM、端口和寄存器的內(nèi)容保持。只能由被允許的外部中斷喚醒。

在啟動(dòng)LPM4前，軟件要考慮在這一低功耗模式期間系統(tǒng)需要的條件。最終的兩點(diǎn)是針對運(yùn)行環(huán)境的，即對DC0和周期性操作的影響。運(yùn)行環(huán)境定義的頻率合成數(shù)值應(yīng)保持或校正。校正在周圍環(huán)境需要系統(tǒng)對頻率作大的改變時(shí)可能發(fā)生。當(dāng)存在周期性操作應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該考慮鎖相環(huán)可能失控，余留的時(shí)間片不足以將鎖相環(huán)保持在校正操作范圍之內(nèi)。

7.5低功耗應(yīng)用要點(diǎn)

當(dāng)電流消耗是系統(tǒng)應(yīng)用的重要指標(biāo)時(shí)，應(yīng)該考慮一些常規(guī)原則：

※將不用的FETI輸入端連接到Vss

※關(guān)閉LCD及模塊，可能時(shí)包括外部的模擬電壓發(fā)生器

※JTAG端口TMS、TCK和TDI不要連接到Vss

※CMOS輸入端不能有浮空的節(jié)點(diǎn)：將所有的輸入端接適當(dāng)?shù)碾娖?p>

※選擇盡可能低的運(yùn)行頻率-既針對內(nèi)核，同樣也針對各外圍模塊

※如用了LCD，選擇盡可能弱的驅(qū)動(dòng)能力，或者將它關(guān)閉

※充分利用中斷驅(qū)動(dòng)軟件的特性-程序能快速地啟動(dòng)執(zhí)行。

8低功耗設(shè)計(jì)

一般來講MCU的功耗取決于三個(gè)方面，低功耗控制，低功耗工作模式選擇，低功耗軟件設(shè)計(jì)，本文將針對這三個(gè)方面進(jìn)行闡述。我們首先要講的是低功耗控制。

8.1 低功耗的基本原則

針對MCU而言，有幾個(gè)基本的原則：

※工作頻率越低，MCU的功耗越小

※工作電壓越低，MCU的功耗越小

※工作的外設(shè)越少，MCU的功耗越小

首先是工作頻率越低，MCU的功耗越小；

我們在看數(shù)據(jù)手冊的時(shí)候，經(jīng)常會看到一個(gè)參數(shù)就是每MHZ消耗的功耗。通常情況MCU會有三個(gè)參數(shù)，分別是運(yùn)行模式功耗，空閑模式功耗和掉電模式功耗。從參數(shù)可以看出，MCU的功耗直接和你使用的工作頻率有關(guān)，在進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要選擇合適的工作頻率。

其次我們要看的是工作電壓越低，MCU的功耗越小。廠家一般給出的都是MCU的最低工作電壓，事實(shí)上很多產(chǎn)品由于外設(shè)原因，電源原因，都不是工作在MCU的最低工作電壓上的，數(shù)據(jù)手冊上的參數(shù)僅供對比參考，不能作為絕對值進(jìn)行計(jì)算。

最后我們要看的是工作的外設(shè)越少，MCU的功耗越小；這個(gè)條比較好理解。MCU的外設(shè)使用越多，功耗就越大。

另外，還有一個(gè)比較重要的原則，就是在FLASH中運(yùn)行比在RAM中運(yùn)行消耗更多的功耗。所以如果MCU的RAM夠大，可以把最常用的主循環(huán)和處理函數(shù)放在RAM中運(yùn)行，這樣可以節(jié)約大于30%的功耗。

8.2 低功耗工作模式選擇

MSP430支持6種運(yùn)行模式，AM, LPM0~4（低功耗模式）。而我們在選擇低功耗模式的時(shí)候，要根據(jù)自己系統(tǒng)的需要來確定，低功耗模式4是最省電的。我們在選擇工作模式的時(shí)候，需要根據(jù)CPU和時(shí)鐘狀態(tài)來確定工作模式。

8.3程序設(shè)計(jì)

好了，我們現(xiàn)在開看看程序，我們現(xiàn)在看到的這段程序是MSP430f149的程序框架，如果是其他系列的芯片，則需要適當(dāng)?shù)男薷囊幌隆＿@只是個(gè)main函數(shù)，并沒有給出中斷函數(shù)，當(dāng)我們處在低功耗模式中時(shí)，中斷可以是系統(tǒng)從低功耗模式下跳出來，并執(zhí)行中斷任務(wù)。

我們來看以下程序，進(jìn)入低功耗在程序中其實(shí)很容易實(shí)現(xiàn)，我們看這句，這句便是進(jìn)入低功耗模式的語句。若不想進(jìn)入低功耗模式，則屏蔽本句。

我們接著來看這一句，這一句是對初中斷后退出低功耗模式。如果退出中斷后要保留低功耗模式的話，則不需要本句，將本句屏蔽。

8.4 進(jìn)入頭文件

前面我們講過，控制低功耗狀態(tài)的是取決于SR中的四個(gè)控制位，即：SCG0、SCG1、OscOoff和CPUOff。那么，為什么我們在程序中進(jìn)入低功耗時(shí)，并不需要配置這四位呢？在講這個(gè)之前，我需要給大家講一下，如何進(jìn)入頭文件，看看頭文件中所包含的內(nèi)容。

我們來看，首先，我們要選中我們要進(jìn)的頭文件，我這里選中的是msp430x14x.h。點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇并點(diǎn)擊這里，我們便可以進(jìn)入頭文件，查看里面所包含的的內(nèi)容。在以后的學(xué)習(xí)中，我們會經(jīng)常用到，在使用模塊化編程的時(shí)候也會用到，所以，學(xué)會這個(gè)方法很重要。好了，我們接下來進(jìn)入msp430x14x.h中，看看里面所包含的內(nèi)容，并為大家講解一下為什么在我們的程序中不需要對四個(gè)控制位進(jìn)行配置。

8.5 頭文件中低功耗模式的定義

我們現(xiàn)在看到的就是頭文件中的一部分內(nèi)容，可以很清楚的看到，頭文件中大部分是對一些命令的定義以及配置，這就是我們要寫頭文件的意義，這樣在我們編程的時(shí)候，許多最基礎(chǔ)的配置就不需要我們再寫了。我們重點(diǎn)來看看LPM低功耗模式的相關(guān)定義。

這部分的定義是針對匯編定義啊，這句話的意思就是針對匯編定義。由于我們是用C語言進(jìn)行編程的，所以，這部分我們跳過不看。

我們直接來看針對C的定義。這部分便是針對C進(jìn)行的定義。我們可以這里，是對LPM模式選擇的配置信息，比如說LPM0，我們以前講過是只有CPUOFF為1，其他為0。同樣的，其他模式的配置也是這個(gè)樣子的。

而這部分定義的內(nèi)容，則回答了為什么我們可以用簡單的命令便可進(jìn)入和退出任何一種低功耗模式。LPM0便是Enter LPM0。同樣的，其他的低功耗模式是用一樣的定義方式定義的，這里邊在贅述了。