MSP430单片机的时钟周期和机器周期与指令周期之间的关系解析

时钟简介：

时钟周期也称为振荡周期：定义为时钟脉冲的倒数（时钟周期就是直接供内部CPU使用的晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时钟周期就是1/12us），是计算机中的最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，控制着计算机的工作节奏。时钟频率越高，工作速度就越快。机器周期：在计算机中，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一个阶段完成一项工作。每一项工作称为一个基本操作，完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。8051系列单片机的一个机器周期由6个S周期（状态周期）组成。一个S周期=2个时钟周期，所以8051单片机的一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。指令周期：执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期也不同。

MSP430

单片机上电后，如果不对时钟系统进行设置，默认800 kHz的DCOCLK为MCLK和SMCLK的时钟源，LFXTl接32768 Hz晶体，工作在低频模式（XTS=O）作为ACLK的时钟源。CPU的指令周期由MCLK决定，所以默认的指令周期就是1/800 kHz=“1”.25μs。要得到lμs的指令周期需要调整DCO频率，即MCLK=1 MHz，只需进行如下设置：BCSCTLl=XT20FF+RSEL2;//关闭XT2振荡器，设定DCO频率为1 MHz。

DCOCTL=DCO2//使得单指令周期为lμs

MSP430的时钟周期（振荡周期）、机器周期、指令周期之间的关系

在430中，一个时钟周期 = MCLK晶振的倒数。如果MCLK是8M，则一个时钟周期为1/8us;一个机器周期 = 一个时钟周期，即430每个动作都能完成一个基本操作;一个指令周期 = 1～6个机器周期，具体根据具体指令而定。另：指令长度，只是一个存储单位与时间没有必然关系。 MSP430根据型号的不同最多可以选择使用3个振荡器。我们可以根据需要选择合适的振荡频率，并可以在不需要时随时关闭振荡器，以节省功耗。这3个振荡器分别为：

（1）DCO 数控RC振荡器。它在芯片内部，不用时可以关闭。DCO的振荡频率会受周围环境温度和MSP430工作电压的影响，且同一型号的芯片所产生的频率也不相同。但DCO的调节功能可以改善它的性能，他的调节分为以下3步： a：选择BCSCTL1.RSELx确定时钟的标称频率;

b：选择DCOCTL.DCOx在标称频率基础上分段粗调;

c：选择DCOCTL.MODx的值进行细调。

（2）LFXT1 接低频振荡器。典型为接32768HZ的时钟振荡器，此时振荡器不需要接负载电容。也可以接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器，此时需要接负载电容。

（3）XT2 接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器。此时需要接负载电容，不用时可以关闭。

低频振荡器主要用来降低能量消耗，如使用电池供电的系统，高频振荡器用来对事件做出快速反应或者供CPU进行大量运算。当然高端430还有锁频环（FLL）及FLL+等模块，但是初步不用考虑那么多。

MSP430的3种时钟信号：MCLK系统主时钟;SMCLK系统子时钟;ACLK辅助时钟。

（1）MCLK系统主时钟。除了CPU运算使用此时钟以外，外围模块也可以使用。MCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。

（2）SMCLK系统子时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。SMCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。

（3）ACLK辅助时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。但ACLK只能由LFXT1进行1、2、4、8分频作为信号源。

PUC复位后，MCLK和SMCLK的信号源为DCO，DCO的振荡频率默认为800KHZ。ACLK的信号源为LFXT1。

MSP430内部含有晶体振荡器失效监测电路，监测LFXT1（工作在高频模式）和XT2输出的时钟信号。当时钟信号丢失50us时，监测电路捕捉到振荡器失效。如果MCLK信号来自LFXT1或者XT2，那么MSP430自动把MCLK的信号切换为DCO，这样可以保证程序继续运行。但MSP430不对工作在低频模式的LFXT1进行监测。

为了实现具体的时钟可以设置跟时钟相关的寄存器，在低端430中是DCOCTL、BCSCTL1和BCSCTL2三个寄存器。而对于高端的430，则要考虑SCFI0、SCFQCTL、FLL_CTL0、FLL_CTL1和BTCTL等几个寄存器。

在实际应用时，如果要求系统跑得快些，时钟精准些，就设置成XT2一般是8MHz；如果没什么特别的要求，就用系统DCO提供的1M的频率，如果是要求低功耗或时间相关的时钟源，最好用32768Hz的外部晶振。

ACLK是辅助时钟，一般是低频的时钟，使用32768Hz的低频振荡或者12KHz的VLO。

MCLK是主时钟，给CPU提供，这个需要根据实际情况来，可以是DCO或者是HF的振荡器。

SMCLK是外设时钟，常用的是从DCO获取时钟源。