MSP430單片機的時鐘周期和機器周期與指令周期之間的關(guān)系解析

時鐘簡介：

時鐘周期也稱為振蕩周期：定義為時鐘脈沖的倒數(shù)（時鐘周期就是直接供內(nèi)部CPU使用的晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時鐘周期就是1/12us），是計算機中的最基本的、最小的時間單位。在一個時鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個最基本的動作。時鐘脈沖是計算機的基本工作脈沖，控制著計算機的工作節(jié)奏。時鐘頻率越高，工作速度就越快。機器周期：在計算機中，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個階段，每一個階段完成一項工作。每一項工作稱為一個基本操作，完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期。8051系列單片機的一個機器周期由6個S周期（狀態(tài)周期）組成。一個S周期=2個時鐘周期，所以8051單片機的一個機器周期=6個狀態(tài)周期=12個時鐘周期。指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間，一般由若干個機器周期組成。指令不同，所需的機器周期也不同。

MSP430

單片機上電后，如果不對時鐘系統(tǒng)進行設(shè)置，默認800 kHz的DCOCLK為MCLK和SMCLK的時鐘源，LFXTl接32768 Hz晶體，工作在低頻模式（XTS=O）作為ACLK的時鐘源。CPU的指令周期由MCLK決定，所以默認的指令周期就是1/800 kHz=“1”.25μs。要得到lμs的指令周期需要調(diào)整DCO頻率，即MCLK=1 MHz，只需進行如下設(shè)置：BCSCTLl=XT20FF+RSEL2;//關(guān)閉XT2振蕩器，設(shè)定DCO頻率為1 MHz。

DCOCTL=DCO2//使得單指令周期為lμs

MSP430的時鐘周期（振蕩周期）、機器周期、指令周期之間的關(guān)系

在430中，一個時鐘周期 = MCLK晶振的倒數(shù)。如果MCLK是8M，則一個時鐘周期為1/8us;一個機器周期 = 一個時鐘周期，即430每個動作都能完成一個基本操作;一個指令周期 = 1～6個機器周期，具體根據(jù)具體指令而定。另：指令長度，只是一個存儲單位與時間沒有必然關(guān)系。 MSP430根據(jù)型號的不同最多可以選擇使用3個振蕩器。我們可以根據(jù)需要選擇合適的振蕩頻率，并可以在不需要時隨時關(guān)閉振蕩器，以節(jié)省功耗。這3個振蕩器分別為：

（1）DCO 數(shù)控RC振蕩器。它在芯片內(nèi)部，不用時可以關(guān)閉。DCO的振蕩頻率會受周圍環(huán)境溫度和MSP430工作電壓的影響，且同一型號的芯片所產(chǎn)生的頻率也不相同。但DCO的調(diào)節(jié)功能可以改善它的性能，他的調(diào)節(jié)分為以下3步： a：選擇BCSCTL1.RSELx確定時鐘的標(biāo)稱頻率;

b：選擇DCOCTL.DCOx在標(biāo)稱頻率基礎(chǔ)上分段粗調(diào);

c：選擇DCOCTL.MODx的值進行細調(diào)。

（2）LFXT1 接低頻振蕩器。典型為接32768HZ的時鐘振蕩器，此時振蕩器不需要接負載電容。也可以接450KHZ~8MHZ的標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器，此時需要接負載電容。

（3）XT2 接450KHZ~8MHZ的標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器。此時需要接負載電容，不用時可以關(guān)閉。

低頻振蕩器主要用來降低能量消耗，如使用電池供電的系統(tǒng)，高頻振蕩器用來對事件做出快速反應(yīng)或者供CPU進行大量運算。當(dāng)然高端430還有鎖頻環(huán)（FLL）及FLL+等模塊，但是初步不用考慮那么多。

MSP430的3種時鐘信號：MCLK系統(tǒng)主時鐘;SMCLK系統(tǒng)子時鐘;ACLK輔助時鐘。

（1）MCLK系統(tǒng)主時鐘。除了CPU運算使用此時鐘以外，外圍模塊也可以使用。MCLK可以選擇任何一個振蕩器所產(chǎn)生的時鐘信號并進行1、2、4、8分頻作為其信號源。

（2）SMCLK系統(tǒng)子時鐘。供外圍模塊使用。并在使用前可以通過各模塊的寄存器實現(xiàn)分頻。SMCLK可以選擇任何一個振蕩器所產(chǎn)生的時鐘信號并進行1、2、4、8分頻作為其信號源。

（3）ACLK輔助時鐘。供外圍模塊使用。并在使用前可以通過各模塊的寄存器實現(xiàn)分頻。但ACLK只能由LFXT1進行1、2、4、8分頻作為信號源。

PUC復(fù)位后，MCLK和SMCLK的信號源為DCO，DCO的振蕩頻率默認為800KHZ。ACLK的信號源為LFXT1。

MSP430內(nèi)部含有晶體振蕩器失效監(jiān)測電路，監(jiān)測LFXT1（工作在高頻模式）和XT2輸出的時鐘信號。當(dāng)時鐘信號丟失50us時，監(jiān)測電路捕捉到振蕩器失效。如果MCLK信號來自LFXT1或者XT2，那么MSP430自動把MCLK的信號切換為DCO，這樣可以保證程序繼續(xù)運行。但MSP430不對工作在低頻模式的LFXT1進行監(jiān)測。

為了實現(xiàn)具體的時鐘可以設(shè)置跟時鐘相關(guān)的寄存器，在低端430中是DCOCTL、BCSCTL1和BCSCTL2三個寄存器。而對于高端的430，則要考慮SCFI0、SCFQCTL、FLL_CTL0、FLL_CTL1和BTCTL等幾個寄存器。

在實際應(yīng)用時，如果要求系統(tǒng)跑得快些，時鐘精準(zhǔn)些，就設(shè)置成XT2一般是8MHz；如果沒什么特別的要求，就用系統(tǒng)DCO提供的1M的頻率，如果是要求低功耗或時間相關(guān)的時鐘源，最好用32768Hz的外部晶振。

ACLK是輔助時鐘，一般是低頻的時鐘，使用32768Hz的低頻振蕩或者12KHz的VLO。

MCLK是主時鐘，給CPU提供，這個需要根據(jù)實際情況來，可以是DCO或者是HF的振蕩器。

SMCLK是外設(shè)時鐘，常用的是從DCO獲取時鐘源。