STM32学习笔记02—时钟树架构

2.1 时钟树结构图
       STM32属于Cortex-M3内核的单片机，时钟结构比之前的51单片机较复杂的多，根据数据手册，STM32F103的时钟结构如下图所示。

    根据上图可以看到，STM32F103系列单片机具有4个时钟源，内部的8MHz时钟发生器，外部的晶体振荡器接口，最高支持16MHz，外部的32.768kHz晶体振荡器接口和内部的40kHz时钟发生器，其中32.768kHz和40kHz主要用于内部RTC时钟脉冲，8MHz的晶振通过PLL时钟倍乘器，将系统总线时钟提高为72MHz。


       STM32F103系列内部具有2条外设时钟总线，APB1和APB2，其中APB2的时钟最高可达72MHz，APB1的时钟最高可达36MHz，通过配置对应的寄存器，就可以将CPU内核时钟提高到最大速度。


       通过最小系统可以看到，我们使用外部高速晶体振荡器接口，外接8MHz晶振，RTC则是使用32.768kHz晶振，现在我们来通过数据手册来配置对应的寄存器位来配置APB2时钟达到72MHz，APB1时钟达到36MHz。


2.2 时钟配置

       上图是ST公司推出的一款软件，这款软件可以自动生成寄存器代码，但是我们在这里只用到其中提供的时钟配置功能，通过上面的时钟结构，我们可以得到配置时钟的大概流程。


2.2.1 时钟配置流程
（1）开启HSE时钟接口，这个接口用于使能晶体振荡器输入端；


（2）设置PLL倍频系数为9，因为外接8MHz时钟，所以设置系数为9就可以轻松达到8×9=72MHz的时钟频率；


（3）设置时钟源为PLLCLK，因为HSE使用的时候可以发现最终的输出就是PLL时钟脉冲；


（4）设置APB1时钟总线的分频系数为2，因为APB1时钟总线最高频率只有36MHz；


（5）设置APB2时钟总线的分频系数为1。


2.2.2 相关寄存器
（1）时钟控制寄存器：RCC_CR

Bit 25：PLL准备状态


              0：PLL解锁


              1：PLL锁定


Bit 24：PLL使能


              0：PLL关闭
              1：PLL打开


Bit 19：时钟安全系统开关


              0：时钟保护关闭
              1：时钟保护打开


Bit 18：HSE旁路（禁用HSE振荡器时才能写入）


              0：HSE禁止旁路
              1：HSE打开旁路


Bit 17：HSE准备状态


              0：HSE未准备好
              1：HSE准备完毕


Bit 16：HSE时钟使能


              0：HSE时钟关闭
              1：HSE时钟打开


Bit 15~ Bit 8：HSI校准值（这个值在启动的时候自动初始化）


Bit 7~ Bit 3：HSI微调（对其进行编程以适应电压和温度的变化影响内部HSI的频率。初始值16，步长约为40kHz）


Bit 1：HSI准备状态


              0：HIS未准备好
              1：HSI准备完毕


Bit 0：HSI时钟使能


              0：HIS时钟关闭
              1：HSI时钟开启



（2）时钟配置寄存器：RCC_CFGR

Bit 26~Bit 24：芯片时钟输出


              0xx：禁止输出
              100：选择系统时钟SYSCLK
              101：选择HSI时钟
              110：选择HSE时钟
              111：选择PLL分频输出（2分频）


Bit 22：USB时钟分频系数


              0：PLL时钟1.5分频作为USB时钟
              1：PLL时钟不分频作为USB时钟


Bit 21~Bit 18：PLL倍频系数


              0000：2倍频
              0001：3倍频
              0010：4倍频
              0011：5倍频
              0100：6倍频
              0101：7倍频
              0110：8倍频
              0111：9倍频
              1000：10倍频
              1001：11倍频
              1010：12倍频
              1011：13倍频
              1100：14倍频
              1101：15倍频
              1110：16倍频
              1111：16倍频


Bit 17：HSE输入分频器


              0：HSE输入不分频
              1：HSE输入2分频


Bit 16：PLL时钟选择（PLL处于禁止模式才能写入）


              0：HSI时钟2分频作为PLL时钟输入
              1：HSE作为PLL时钟输入


Bit 15~Bit 14：ADC分频系数


              00：PCLK2分频系数为2
              01：PCLK2分频系数为4
              10：PCLK2分频系数为6
              11：PCLK2分频系数为8


Bit 13~Bit 11：APB2分频系数（最高可达72MHz）


              0xx：HCLK不分频
              100：HCLK分频系数为2
              101：HCLK分频系数为4
              110：HCLK分频系数为8
              111：HCLK分频系数为16


Bit 10~Bit 8：APB1分频系数（最高只能达到36MHz）


              0xx：HCLK不分频
              100：HCLK分频系数为2
              101：HCLK分频系数为4
              110：HCLK分频系数为8
              111：HCLK分频系数为16


Bit 7~Bit 4：AHB总线预分频系数


              0xxx：SYSCLK不分频
              1000：SYSCLK分频系数为2
              1001：SYSCLK分频系数为4
              1010：SYSCLK分频系数为8
              1011：SYSCLK分频系数为16
              1100：SYSCLK分频系数为64
              1101：SYSCLK分频系数为128
              1110：SYSCLK分频系数为256
              1111：SYSCLK分频系数为512


Bit 3~Bit 2：系统时钟选择状态


              00：HSI作为系统时钟
              01：HSE作为系统时钟
              10：PLL作为系统时钟
              11：保留


Bit 1~Bit 0：系统时钟选择


              00：选择HSI作为系统时钟
              01：选择HSE作为系统时钟
              10：选择PLL作为系统时钟
              11：保留


2.3 设置例程

配置STM32的时钟需要创建几个文件，这几个文件如下表所示。

（1）创建上述三个文件，其中c文件添加进工程中，h文件包含进程序中，如下图所示。

（2）stm32f103x.h文件输入以下内容：

    这个文件用于定义程序用到的所有寄存器的地址和结构体，是整个STM32程序的最基础的文件。


（3）sys.h输入以下内容

    sys.h文件用于定义STM32的时钟配置和中断配置，以及后面的端口位操作模式。



（3）sys.c文件输入以下内容

1. void STM32_Clock_Init( u8 PLL )
   
2. {
   
3.    RCC->CR |= 0x00010000 ;              //外部高速时钟使能HSEON
   
4.   while( !( RCC->CR>>17 ) ) ;              //等待外部时钟就绪
   
5.   RCC->CFGR = 0x00000400 ;            //APB1=DIV2;APB2=DIV1;AHB=DIV1;
   
6.   PLL -= 2 ;                    //抵消2个单位(因为是从2开始的,设置0就是2)
   
7.   RCC->CFGR |= ( u32 )PLL<<18 ;            //设置PLL值 2~16
   
8.   RCC->CFGR |= 1<<16 ;              //PLLSRC ON
   
9.   FLASH->ACR |= 0x32 ;                //FLASH 2个延时周期
   
10.   RCC->CR |= 1<<24 ;                //PLLON
    
11.   while( ( RCC->CR&0x02000000 )!=0x02000000 ) ;    //等待PLL锁定
    
12.   RCC->CFGR |= 0x00000002 ;            //PLL作为系统时钟
    
13.   while( ( RCC->CFGR&0x0000000C )!=0x00000008 ) ;  //等待PLL作为系统时钟设置成功
    
14. }

复制代码

   这个文件的函数就是真正配置时钟的过程，可以对照之前描述的配置时钟的过程来看这段代码。
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