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RA2快速設(shè)計(jì)指南 [2] MCU工作模式和選項(xiàng)設(shè)置存儲(chǔ)器

5. 時(shí)鐘電路

RA2 MCU具有六個(gè)振蕩源。其中有五個(gè)可以用作主系統(tǒng)時(shí)鐘源。剩下的一個(gè)專用于獨(dú)立看門狗定時(shí)器。在典型系統(tǒng)中，主時(shí)鐘由外部晶體或時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。將此輸入指向內(nèi)部選擇器和分頻器，在此進(jìn)一步指向主系統(tǒng)時(shí)鐘（ICLK）、閃存時(shí)鐘、CPU時(shí)鐘和外設(shè)模塊時(shí)鐘。此外，時(shí)鐘分配也包括ADC和USB的外設(shè)時(shí)鐘。有關(guān)時(shí)鐘生成電路框圖的信息，請參見《硬件手冊》中的“時(shí)鐘生成電路”一章。

每個(gè)時(shí)鐘都有特定的容差和時(shí)序值。有關(guān)頻率和時(shí)鐘時(shí)序規(guī)范的信息，請參見《硬件手冊》中“電氣特性”一章的“交流特性”部分。有關(guān)各種時(shí)鐘頻率之間關(guān)系的信息，請參見《硬件手冊》中的“時(shí)鐘生成電路”一章。

表5. RA2振蕩源

注：1. 僅RA2A1產(chǎn)品支持SDADC時(shí)鐘。

2. 僅RA2A1產(chǎn)品支持USB時(shí)鐘。

3. RA2A1產(chǎn)品的閃存時(shí)鐘（FCLK）是獨(dú)立于MOSC存在的，也可以通過MOSC、SOSC、HOCO、MOCO或LOCO生成。

4. RA2E2產(chǎn)品不支持。

一些產(chǎn)品如RA2E2不支持選擇外部振蕩器或外部時(shí)鐘。此種情況下，主時(shí)鐘的振蕩源僅限于片上振蕩器。

5.1 復(fù)位條件

復(fù)位后，RA2 MCU開始以中速片上振蕩器（MOCO）作為主時(shí)鐘源運(yùn)行。復(fù)位時(shí)，默認(rèn)情況下主振蕩器處于關(guān)閉狀態(tài)。HOCO和IWDT可能處于打開或關(guān)閉狀態(tài)，具體取決于選項(xiàng)設(shè)置存儲(chǔ)器中的設(shè)置（請參見后文第4節(jié)）。

5.2 時(shí)鐘頻率要求

最小和最大頻率如下表所示。有關(guān)詳細(xì)信息，請參見《硬件手冊》中“時(shí)鐘生成電路”一章的“概述”部分，其中包括外部和內(nèi)部時(shí)鐘源規(guī)范。更多詳細(xì)信息，請參見《硬件手冊》中“電氣特性”一章的“交流特性”部分。

表6. RA2 MCU內(nèi)部時(shí)鐘的頻率范圍

注1. 僅限RA2A1產(chǎn)品。對ROM或數(shù)據(jù)閃存進(jìn)行編程或擦除操作時(shí)，F(xiàn)CLK的運(yùn)行頻率必須至少為1 MHz。

2. 僅限支持USB外設(shè)功能的產(chǎn)品。

3. 僅限支持CAN外設(shè)功能的產(chǎn)品。

4. RA2E1、RA2E2 和 RA2L1對 ROM 或數(shù)據(jù)閃存進(jìn)行編程或擦除操作時(shí)，ICLK 的運(yùn)行頻率必須至少為1 MHz。

5.2.1 USB通信要求

全速USB 2.0模塊（USBFS）需要48 MHz 的 USB 時(shí)鐘信號(hào)（UCLK）。

對于支持USBFS模塊的RA2產(chǎn)品，HOCO為UCLK的時(shí)鐘源。因此當(dāng)使用USBFS模塊時(shí)，HOCO必須配置為48 MHz。

5.2.2 ROM或數(shù)據(jù)閃存的編程和擦除要求

RA2A1產(chǎn)品的FCLK必須至少為1 MHz才能在內(nèi)部ROM和數(shù)據(jù)閃存上執(zhí)行編程和擦除。

其他RA2產(chǎn)品的ICLK必須至少為1 MHz才能在內(nèi)部ROM和數(shù)據(jù)閃存上執(zhí)行編程和擦除。

5.3 降低時(shí)鐘生成電路（CGC）的功耗

為了幫助節(jié)省功耗，請盡可能將所有未使用的時(shí)鐘的分頻器設(shè)置為最大可能值。另外，如果不使用時(shí)鐘，請通過設(shè)置適當(dāng)?shù)?a href="http://www.solar-ruike.com.cn/tags/寄存器/" target="_blank">寄存器來確保時(shí)鐘已停止。下表顯示了用于控制每個(gè)時(shí)鐘源的寄存器。

表7. 時(shí)鐘源配置寄存器

注1：RA2E2產(chǎn)品不支持。

5.4 寫入系統(tǒng)時(shí)鐘控制寄存器

寫入系統(tǒng)時(shí)鐘分頻控制寄存器（SCKDIVCR）和系統(tǒng)時(shí)鐘源控制寄存器（SCKSCR）中的各個(gè)位域時(shí)，應(yīng)格外小心。

當(dāng)外圍模塊時(shí)鐘的時(shí)鐘源更改為其他時(shí)鐘源時(shí)，在時(shí)鐘源切換期間，外圍模塊時(shí)鐘周期會(huì)變長。詳見圖8。因此，必須在指令處理中增加延遲，以確保時(shí)鐘在切換時(shí)鐘源時(shí)仍保持穩(wěn)定。

為保證時(shí)鐘頻率改變后的處理準(zhǔn)確無誤，首先寫入相關(guān)的時(shí)鐘控制寄存器改變頻率，再從寄存器中讀取值，最后進(jìn)行后續(xù)處理。

圖8. 切換時(shí)鐘源的時(shí)序

5.5 時(shí)鐘設(shè)置示例

Renesas FSP為RA2A1 MCU提供了一個(gè)簡單的可視化時(shí)鐘配置工具，如下所示。此配置器可配置板級支持包中的代碼，以根據(jù)用戶的選擇初始化時(shí)鐘生成電路，并按照MCU硬件手冊中的說明進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲谩?/p>

圖9. 使用 Renesas FSP配置器進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置

5.6 HOCO精度

RA2 MCU內(nèi)部高速片上振蕩器（HOCO）的運(yùn)行頻率為24 MHz、32 MHz、48 MHz，精度為+/-2%或更高。HOCO的精度規(guī)格適用于各種環(huán)境工作溫度（Ta）范圍。有關(guān)詳細(xì)信息，請參見《硬件手冊》中“電氣特性”章節(jié)的內(nèi)容。

HOCO可以用作時(shí)鐘生成電路的輸入。當(dāng)以這種方式使用HOCO時(shí)，不需要外部振蕩器。當(dāng)因空間限制或其他限制而需要減少PCB設(shè)計(jì)中的元件數(shù)量時(shí)，這可能是一個(gè)優(yōu)勢。不過，此時(shí)會(huì)因時(shí)鐘精確度問題而產(chǎn)生性能影響和限制，因此應(yīng)針對您的應(yīng)用進(jìn)行評估。

RA2E2產(chǎn)品沒有外部晶振和外部時(shí)鐘輸入，必須選擇其內(nèi)部時(shí)鐘（HOCO、MOCO、LOCO）作為主系統(tǒng)時(shí)鐘。

5.7 閃存接口時(shí)鐘

RA2A1產(chǎn)品對內(nèi)部閃存（ROM和DF）進(jìn)行編程和擦除操作以及從數(shù)據(jù)閃存讀取數(shù)據(jù)時(shí)，閃存接口時(shí)鐘（FCLK）用作運(yùn)行時(shí)鐘。而其他RA2產(chǎn)品進(jìn)行編程和擦除操作時(shí)，ICLK用作運(yùn)行時(shí)鐘。

因此，相關(guān)時(shí)鐘的頻率設(shè)置會(huì)直接影響從數(shù)據(jù)閃存讀取數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。如果用戶的程序正在從數(shù)據(jù)閃存中讀取數(shù)據(jù)，或者正在對內(nèi)部閃存執(zhí)行編程或擦除操作，則建議使用最大FCLK/ICLK頻率。

當(dāng)寫入或擦除代碼閃存（ROM）或數(shù)據(jù)閃存時(shí)，時(shí)鐘必須以至少1 MHz的頻率運(yùn)行。請注意，時(shí)鐘頻率對從ROM讀取數(shù)據(jù)或?qū)?a href="http://www.solar-ruike.com.cn/tags/ram/" target="_blank">RAM進(jìn)行讀寫操作沒有任何影響。

5.8 電路板設(shè)計(jì)

有關(guān)使用CGC的更多信息和電路板設(shè)計(jì)建議，請參見《硬件手冊》中“時(shí)鐘生成電路（CGC）”一章的“使用注意事項(xiàng)”部分。

通常，晶體諧振器及其負(fù)載電容應(yīng)盡可能靠近MCU時(shí)鐘引腳（XTAL/EXTAL、XCIN/XCOUT）放置。避免在晶體諧振器和MCU之間連接任何其他信號(hào)走線。盡量減少每條走線上使用的連接通孔數(shù)量。

5.9 外部晶體諧振器選擇

大多數(shù)RA2產(chǎn)品的外部晶體諧振器可以用作主時(shí)鐘源。外部晶體諧振器可跨MCU的EXTAL和XTAL引腳連接。外部晶體諧振器的頻率必須處于主時(shí)鐘振蕩器的頻率范圍內(nèi)。

晶體諧振器的選擇在很大程度上取決于各個(gè)獨(dú)特的電路板設(shè)計(jì)。由于適合與RA2 MCU產(chǎn)品配合使用的可用晶體諧振器的選擇可能很多，因此請仔細(xì)評估所選晶體諧振器的電氣特性，以確定具體的實(shí)現(xiàn)要求。

下圖給出了典型的晶體諧振器連接示例。

圖10. 晶體諧振器連接示例

選擇晶體諧振器和相關(guān)電容時(shí)，必須仔細(xì)評估。如果晶體諧振器制造商有相關(guān)建議，可以添加外部反饋電阻（Rf）和阻尼電阻（Rd）。

圖11. 晶體諧振器的等效電路

CL1和CL2的電容值選擇會(huì)影響內(nèi)部時(shí)鐘的精確度。要了解CL1和CL2值的影響，應(yīng)使用上圖中晶體諧振器的等效電路來模擬該電路。為了獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果，還應(yīng)考慮與晶體諧振器元件之間的布線相關(guān)的雜散電容。

5.10 外部時(shí)鐘輸入

大多數(shù)RA2產(chǎn)品的數(shù)字時(shí)鐘輸入可以用作主時(shí)鐘源。圖12給出了連接外部時(shí)鐘輸入的示例。若使用外部時(shí)鐘信號(hào)運(yùn)行振蕩器，請將MOMCR.MOSEL位設(shè)為1。XTAL引腳變?yōu)楦咦杩埂?/p>

圖12. 晶體諧振器的等效電路

注：外部時(shí)鐘頻率的輸入操作只能在主時(shí)鐘振蕩器停止時(shí)運(yùn)行。請不要在主時(shí)鐘振蕩器停止位（MOSCCR.MOSTP位）為0時(shí)更改外部時(shí)鐘頻率的輸入。

來源：RA2快速設(shè)計(jì)指南 [3] 時(shí)鐘電路（上）、RA2快速設(shè)計(jì)指南 [4] 時(shí)鐘電路（下）

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審核編輯 黃宇