??现代单片机的制造工艺相似，电子元件本身的节能潜力非常有限。单片机的低功耗主要依靠间歇工作，间歇工作的方法是启停系统时钟。如果像普通 51 单片机只有一个时钟，关闭时钟意味着单片机完全关闭，节能，不能正常使用。因此，出于低功耗的需要，MSP430 单片机工作的系统时钟分为 MCLK、SMCLK 和 ACLK 三个可以根据需要关闭其中一个或全部。
??MCU 内需时钟的单元包括 CPU 三个时钟的功能区别如下：

1. MCLK:主时钟(Main system Clock) ， 专为CPU操作提供的时钟。MCLK频率配置越高，CPU执行速度越快。虽然CPU功耗越快，但频率越高MCLK可以让CPU工作时间更短。因此，正确的低功耗设计不应尽量减少MCLK，而是在不用CPU时立刻关闭MCLK。在大多数应用中，需要CPU计算时间很短，所以间歇开启MCLK (唤醒CPU)节能效果非常明显。
2. SMCLK:子系统时钟(Sub-main Clock) ，为一些需要高速时钟的内外设备提供服务，如定时器和ADC采样等。当CPU只要休眠SMCLK打开，定时器和ADC它仍然可以工作（通常在电影内外设置完成后触发中断）CPU做后续工作)。
3. ACLK:辅助时钟(Auxillary Clock)，辅助时钟的频率很低，所以即使一直打开，功耗也不大，当然也可以关闭。辅助时钟可以提供只需要低频时钟的内外设备，如LCD控制器也可以用来产生节拍时基，间歇唤醒定时器CPU。

??MCLK、SMCLK 和 ACLK 三者关系用更生动的比喻是主力军（MCLK）、先头部队（SMCLK）、警戒哨兵（ACLK）的关系。

1. 使用主力需要的时间不多，一般都处于休息状态，以节省供养(功耗)。
2. 如果只能用先头部队解决问题，就不要用主力。先头部队完成任务后，请主力出马。
3. 当没有实际的敌人时，主力部队和先锋部队以休息，但哨兵作为警告，发现敌人可以随时唤醒主力军。

该介绍机翻如下：

??点击 Power User ，如下图所示，可配置选项突然增加。这可能是众所周知的 BCS 半熟练工用的图形配置模式注意到，右下角还包括中断服务子函数中调用的中断事件函数的配置。

部分内容机翻： 该系统使用低频振荡器。频率为4kHz至20kHz之间的变化。见具体设备数据表。
Note 1：
??启用中断处理程序，Grace在src文件夹内的InterruptVectors init.c完全工作的中断服务程序在文件中生成。用户可以在ISR将代码插入指定区域，并保留代码。当用户禁用中断处理程序时，用户插入的代码会保留在文件的底部，如果用户重新启用中断处理程序，会自动重新插入用户也可以手动删除这些代码，当它不再…
Note 2：
  手动配置DCO频率可能会导致+/-10%的频率偏差。预先校准的DCO有+/-3%的频率偏差。更多信息见数据表。
Note 3：
  根据系统上升时间设置一个以毫秒为单位的延迟值，以确保不违反VCC与MCLK的关系。强烈建议在设置非默认的系统时钟频率时，确保系统的正常启动。

  为了进一步理解 BCS+的结构，结合上图中标注的 10 个知识点，下面分 10 个小结来讲解。

  MSP430G 系列单片机目前只能通过内部数控振荡器 DCO 来获得高频时钟，将来可能推出支持高频外部晶振的型号。
  DCO 的原理实际是一个开环控制的振荡器，DCO 模块内置系列（振荡）电阻，供选择频率范围（RSELx 共 4 位，16 档），也就是 RSELx 管粗调。接下来是对振荡频率进行分频（DCOx 有 3 位，共 8 档，档位步进约 10%），也就是 DCOx 负责细调。振荡频率范围和分档的设定示意图见下图。

  粗调和细调仍不满足要求怎么办？例如上文提到 DCOx 每档频率步进约 10%，如果我想频率只递增 5%怎么办？为了得到更多的频率，MSP430 单片机引入了小数分频的概念。如下图所示，利用混频器 Modulator，可以交替输出 DCOx 和 DCOx+1 两种频率，如果按 1:1 比例，就相当于输出了 DCOx+0.5 这一档频率。

  混频器当然也可以不按 1:1 混频，寄存器 MODx 共 5 位，用于设定两种频率在 32 个脉冲中所占比例，混频后的完整周期（32 个 CLK）可由如下公式表示：
$$t=(32-MO{D}_x)\ast t_{DCO}+MO{D}_x\ast t_{DCO}+1$$
  大家可能会好奇这样得到的“等效”频率的时钟能用吗？答案是当然有用，可以用于配置通讯的波特率。如果 MODx 设定值不为 0，显然经混频得到的振荡波形在示波器上看将会“抖动”，对于时钟瞬时稳定度要求高的场合应避免使用混频。

  DCO 与一些型号 MSP430 配置的数字锁频环（FLL）不同，DCO 并不是一个带反馈的振荡器，而开环输出频率的误差很大。也就是说 RSELx 的粗调和 DCOx 的细调都是非线性的。如何保证 DCO 输出频率精度呢？在出厂时，每一块单片机都校正了 4 个频率值(1/8/12/16MHz)，将这 4 个频率值的校验参数（RSELx/DCOx/MODx 的取值）存在了单片机片内 Flash 的 Info A 段中。
  在如下BCS+初始化配置代码中，设置 DCO 为 1MHz，实际就是调取出厂校验参数CALBC1_1MHZ 和 CALDCO_1MHZ。

 void BCSplus_init(void) { 
        
 ...
 BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; /* Set DCO to 1MHz */
 DCOCTL = CALDCO_1MHZ;
 ...
}

  既然是校验参数，那么每一块单片机会都不一样， MSP430G2553 单片机的 DCO 校验参数 CALBC1_xMHz 和 CALDCO_xMHz 在 Flash ROM 中的地址如下表所示。1 个字中的高 8 位用来存储 CALBC1_xMHz 参数，将来用于配置 BCSCTL1 寄存器。1 个字中的低 8 位用来存储 CALDCO_xMHz 参数，将来用于配置 DCOCTL 寄存器。

1. MSP430 可以直接读写 1 个字（2 个字节，因为 MSP430 的 CPU 是 16 位的）。
2. 也可以只读写其中一个字节（寻址到字节）。
3. 但是不能直接读取 1 位（不能寻址到位）。
   

  为了尽可能节约成本和简化外部电路，MSP430x2xx 内部还集成了一个低频振荡器VLO，用于取代 32.768kHz 手表晶振。低频振荡器的标称值是 12kHz，它与 DCO 一样，实际频率受温度和供电电压影响（范围 4kHz~20kHz）。
  VLO 一般用于对频率精度要求不高的场合。

  用过 51 单片机的读者知道，晶振引脚上可能需要接电容才能正常工作。还是基于节约成本简化电路的目的，当使用外部晶振时，可以由单片机内部提供可选的 1/6/10/12.5pF 晶振电容。

  随供电电压的不同，MSP430 单片机的最高工作频率是不一样。下图表示运行程序（读 Flash ROM）和编程（擦写 Flash ROM）时所需的供电电压与 CPU 频率的关系。例如，MSP430 最低可以 1.8V 供电，但此时的工作频率最高为 6MHz，并且只能运行程序，不能擦 写 Flash ROM。

  单片机刚上电时，VCC 是逐渐达到额定值的，如果在 VCC 很低的时候将 MCLK 设置频率很高就会与上图所示的限定条件相冲突。设置数 ms 的延时，等待 VCC 达到额定值再配置 MCLK 频率就可以解决这个问题。具体代码为：

if (CALBC1_8MHZ != 0xFF) 
{ 
        
	 /* Adjust this accordingly to your VCC rise time */
	 __delay_cycles(10000); //等待VCC达到额定值
	 DCOCTL = 0x00;
	 BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ; /* Set DCO to 8MHz */
	 DCOCTL = CALDCO_8MHZ;
 }

  MCLK 的时钟是提供给 CPU 的，如果没有 MCLK 单片机就是“死的”。所以，MSP430中有一个智能机制，不管软件设定的 MCLK 时钟源是什么，最终 CPU 总会找一个“正常”的时钟使自己先“活过来”。这就是自动选择 MCLK，此功能不需要设置，强行派送的。

  理论上 MSP430 单片机的 3 个时钟 MCLK、SMCLK、ACLK 都可以对外输出，但是有的单片机受 IO 口数量的限制，没有预留 CLK 输出口。比如 MSP430G2553 单片机，预留了SMCLK、ACLK 输出口，但是没有 MCLK 输出口。

  当配置了使用外部晶振，而外部晶振没有正常工作（无振荡、或振荡频率不够高），单片机有一个保护机制，MCLK 将会自动切换到使用内部 DCO 工作。同时，XT2OF 或LFXT1OF 两个错误标识位将会置位（MSP430G2553 没有高频晶振对应的 XT2OF），可以引发一个中断告知用户该事件，除非外部振荡器恢复正常，否则错误标识位将一直保持。判断失效的频率范围视具体型号而不同。

  在 Grace 中，可以直接命名一个中断事件处理函数，这个函数将来会出现在中断服务子函数中，这种写法的可读性高。因为中断函数本身很分散（甚至在不同文件中），写在中断中的代码总是难于阅读的，所以中断中尽量只写事件处理函数的“空壳”，而把实际中断事件处理函数汇集到一个文件中，集中阅读。

#pragma vector=NMI_VECTOR
__interrupt void NMI_ISR_HOOK(void) 
{ 
        
	/* Oscillator fault interrupt handler */
	BCS_OF();
	/* No change in operating mode on exit */
}

  MSP430 中，进出中断前后的节能设置可以在中断服务子函数中修改。Grace 提供了快捷修改的方法，直接在下拉菜单中选择即可。

  点击 Registers ，如下图所示，所有 BCS+（时钟）相关的寄存器豁然在列。这些寄存器有的是用鼠标勾选，有的组合需要鼠标下拉，但是所有位在鼠标停留时都会有提示。这个模式，属于真正懂 BCS+原理的人才能配置。

  MSP430x2xx 系列单片机的 CPU 共有 5 种工作模式分别为 AM（Active Mode）、LPM0（Low Power Mode 0）、LPM1、LPM2、LPM3，如图 4.9 所示为各种工作模式下的电流值。相比于 Active 工作模式的 300μA，常用的 LPM3（哨兵警戒）模式的电流仅需不到 1μA，而LPM4 模式耗电 0.1μA 比电池漏电流还小，直接可当关机使用。

  在 MSP430 单片机中，是如何控制低功耗模式的呢？我们花 10 秒钟翻回到下图所示原理框图中，下划线标注了一些开关，这些开关决定了是否停止振荡器，是否关闭输出。

1. “停止”和“关闭”，两者的区别是停止振荡器消耗的功率更低。但是， “停止”后若要重新开启振荡器，直到振荡器能稳定输出是需要时间的，这个时间的长短在具体型号的器件说明书中可以查询。
2. 不停止振荡器，但关闭输出，则可以快速切换到正常输出状态。
3. 所有这些开关的组合构成了单片机的活动模式(ActiveMode)和另外4种低功耗休眠模式(Low Power Mode)，详见下表所示。
   
     所有 4 种模式中，LPM0（主力休眠，先头部队工作）和 LPM3（主力和先头部队都休眠，仅留警戒哨兵）最常用，LPM4 则当关机使用。

  前面我们学习了如何用 Grace 配置时钟，其实对 MSPG2553 单片机来说，MCLK 和SMCLK 基本就是使用 DCO（没外部高频晶振可用）。有 32.768kHz 手表晶振，则 ACLK 选32.768Hz，没有就选 12kHz 的 VLO。所以，直接代码配置时钟也很方便，直接调用 DCO 出厂校验参数即可。

1. 将 MSP430G2553 的时钟设置为 MCLK 和 SMCLK 均为 8MHz，ACLK 设为 32.768kHz。

DCOCTL = CALDCO_8MHZ; // 调取出厂校准后存储在Flash中的参数
BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ; // BCSCTL3参数默认不用设

2. 将 MSP430G2553 的时钟设置为 MCLK 和 SMCLK 均为 16MHz，ACLK 设为内部低频振荡器。

DCOCTL = CALDCO_16MHZ; // 调取出厂校准后存储在Flash中的参数
BCSCTL1 = CALBC1_16MHZ;
BCSCTL3 |= LFXT1S1; // 设为内部低频振荡器

3. 将 MSP430G2553 的时钟设置为 MCLK 和 SMCLK 均为 16MHz，ACLK 设为使用32.768kHz 晶振且 4 分频。

DCOCTL = CALDCO_16MHZ; // 调取出厂校准后存储在Flash中的参数
BCSCTL1 = CALBC1_16MHZ; 
BCSCTL1 |= DIVA_2; // 补充修改 BCSCTL 的 DIVAx 位，4 分频

4. 将 MSP430G2553 的时钟设置为 MCLK4MHz，SMCLK 为 2MHz，ACLK 设为使用32.768kHz 晶振。

DCOCTL = CALDCO_8MHZ; // 先设为 8MHz
BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ; 
BCSCTL2 |= DIVM_1+DIVS_2; // 再对 MCLK 2 分频 ，SMCLK 4 分频