msp430時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期定義及關(guān)系

　　在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理，單片機(jī)，嵌入式等課程時(shí)，經(jīng)常會遇到各種周期，大致有如下幾種周期：

　　時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期

　　節(jié)拍周期、振蕩周期

　　指令周期、機(jī)器周期、總線周期

　　這些周期之間有很多聯(lián)系，一般都是倍數(shù)關(guān)系，由最原始的周期分頻得到

　　1.時(shí)鐘周期、振蕩周期、節(jié)拍周期

　　時(shí)鐘周期又叫做振蕩周期、節(jié)拍周期，定義為時(shí)鐘晶振頻率的倒數(shù)。時(shí)鐘周期是計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個(gè)最基本的動(dòng)作。　例如晶振為12M，則時(shí)鐘周期為1/12us。又可以被定義為節(jié)拍。

　　2.狀態(tài)周期

　　狀態(tài)周期是時(shí)鐘周期的2倍，由時(shí)鐘周期二分頻得到。

　　3.機(jī)器周期

　　在計(jì)算機(jī)中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲器讀、存儲器寫等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。比如，取值周期，取數(shù)周期。在80C51內(nèi)部，機(jī)器周期一般包括于6個(gè)狀態(tài)周期，12個(gè)時(shí)鐘周期。例如24M的晶振，機(jī)器周期為12/24M秒。

　　4.指令周期

　　指令周期是指取出并完成一條指令所需的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成，分為單周期指令，雙周期指令和多周期指令。

　　對于一些簡單的的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機(jī)器周期。對于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期。

　　5.總線周期

　　由于存貯器和I/O端口是掛接在總線上的，CPU對存貯器和I/O接口的訪問，是通過總線實(shí)現(xiàn)的。通常把CPU通過總線對微處理器外部（存貯器或 I/O接口）進(jìn)行一次訪問所需時(shí)間稱為一個(gè)總線周期。一個(gè)總線周期一般包含4個(gè)時(shí)鐘周期，這4個(gè)時(shí)鐘周期分別稱4個(gè)狀態(tài)即T1狀態(tài)、T2狀態(tài)、T3狀態(tài)和 T4狀態(tài)。

　　那MSP430的時(shí)鐘周期 機(jī)器周期 指令周期有什么關(guān)系呢？

　　在430中，一個(gè)時(shí)鐘周期 ＝ MCLK晶振的倒數(shù)。如果MCLK是8M，則一個(gè)時(shí)鐘周期為1/8us；

　　一個(gè)機(jī)器周期 ＝ 一個(gè)時(shí)鐘周期，即430每個(gè)動(dòng)作都能完成一個(gè)基本操作；

　　一個(gè)指令周期 ＝ 1～6個(gè)機(jī)器周期，具體根據(jù)具體指令而定。

　　另：指令長度，只是一個(gè)存儲單位與時(shí)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(gè)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(shí)隨時(shí)關(guān)閉振蕩器，以節(jié)省功耗。這3個(gè)振蕩器分別為：

　?。?）DCO 數(shù)控RC振蕩器。它在芯片內(nèi)部，不用時(shí)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(shí)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(jìn)行細(xì)調(diào)。

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

　?。?）XT2 接450KHZ~8MHZ的標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器。此時(shí)需要接負(fù)載電容，不用時(shí)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(jìn)行大量運(yùn)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(shí)鐘信號：MCLK系統(tǒng)主時(shí)鐘;SMCLK系統(tǒng)子時(shí)鐘;ACLK輔助時(shí)鐘。

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

　?。?）SMCLK系統(tǒng)子時(shí)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(shí)現(xiàn)分頻。SMCLK可以選擇任何一個(gè)振蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號并進(jìn)行1、2、4、8分頻作為其信號源。

　?。?）ACLK輔助時(shí)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(shí)現(xiàn)分頻。但ACLK只能由LFXT1進(jìn)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(rèn)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(shí)鐘信號。當(dāng)時(shí)鐘信號丟失50us時(shí)，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(dòng)把MCLK的信號切換為DCO，這樣可以保證程序繼續(xù)運(yùn)行。但MSP430不對工作在低頻模式的LFXT1進(jìn)行監(jiān)測。

　　為了實(shí)現(xiàn)具體的時(shí)鐘可以設(shè)置跟時(shí)鐘相關(guān)的寄存器，在低端430中是DCOCTL、 BCSCTL1和BCSCTL2三個(gè)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(gè)寄存器。具體設(shè)置，參看DataSheet。

　　單片機(jī)上電后，如果不對時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)800 kHz的DCOCLK為MCLK和SMCLK的時(shí)鐘源，LFXTl接32768 Hz晶體，工作在低頻模式（XTS=O）作為ACLK的時(shí)鐘源。CPU的指令周期由MCLK決定，所以默認(rèn)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(jìn)行如下設(shè)置：

　　BCSCTLl=XT20FF+RSEL2；

　?。P(guān)閉XT2振蕩器，設(shè)定DCO頻率為1 MHz

　　DCOCTL=DCO2