STM32学习笔记02—时钟树架构

1 k" N3 J: r) r3 ]( K4 O2.1 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。
0 \; l) Q  F7 E3 X, T9 ~& L

    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。
" X) x6 [& L- c. [5 T. ?

/ |1 c- N6 O4 i6 [. b       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。
+ _8 v/ g) v/ G2 z- y2 f0 B5 M

       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。
" n" P0 C! z; {: x" ]0 R# S

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。
; d" I3 W- m$ _+ b
/ v) y2 D" P  u4 Z3 H' ~& r* Z8 N
9 p  u  _6 P) G% b) g* C2 D2.2.1 时钟配置流程
3 w2 D) z4 D2 v（1）开启HSE时钟接口，这个接口用于使能晶体振荡器输入端；
  G4 Z4 I- U! Q4 }- P
: q& o) E8 X6 e- b) n$ t! _: e0 ?( H
! }% M2 I0 s8 o* C9 \（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；

# R4 \+ K- }# `+ G# L& r
（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；


7 ?$ p+ C( N4 E（5）设置APB2时钟总线的分频系数为1。
# P/ q' k' q5 r7 G# p

- H7 x. j$ [. G) ^) T0 D: y7 I2.2.2 相关寄存器
（1）时钟控制寄存器：RCC_CR

Bit 25：PLL准备状态

2 g% v9 }0 ^, ]* R' P
: t9 k/ W5 \* V& |5 d$ H$ ?1 \; X              0：PLL解锁


              1：PLL锁定

& c7 T! `* Y. ~8 V
Bit 24：PLL使能


/ r5 ]" v! O5 i              0：PLL关闭
& H7 @* k# k# @1 J- J              1：PLL打开
' n# U, j/ y4 M8 Z
, B( R! k# s* |5 M1 S- N, H
Bit 19：时钟安全系统开关
  c7 B' w8 i) R: ~4 Q

' D! F. E& Q! ]3 g1 ?! w: X              0：时钟保护关闭
              1：时钟保护打开
  a8 j. L' L. z# U/ a% L
% L- K" I0 ^+ i8 m
- |1 F1 H; |( A3 g: x7 p7 D( ?Bit 18：HSE旁路（禁用HSE振荡器时才能写入）
+ Y3 D0 H" X; E9 M0 i0 ]
! Z$ _' }8 F: }5 m
              0：HSE禁止旁路
              1：HSE打开旁路
8 C- T; Y/ T& Z4 E4 [8 W

% U2 O$ @! Q1 L6 {6 n( pBit 17：HSE准备状态
' a2 I6 h% m8 V) b3 r2 N
4 Q4 V" B5 i) ?9 Y
              0：HSE未准备好
' ~) {; e3 f; ]6 E* R: P( f! S, u              1：HSE准备完毕
* ]6 R/ _/ v8 C6 W0 A
3 G5 R" k# s6 \* f+ C$ _9 h1 P  Q
9 ^8 W8 p" m8 m8 O/ E  r: VBit 16：HSE时钟使能


4 _7 Q1 A2 f2 |5 B. }              0：HSE时钟关闭
6 e- M0 U  c$ P! L; h              1：HSE时钟打开
% L! H7 P! |6 s9 y/ r9 X

Bit 15~ Bit 8：HSI校准值（这个值在启动的时候自动初始化）
7 }4 H/ j5 H0 C! O1 q( j

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）

: F' q: B: E8 b  }- H
& r; k7 M% v* u8 a2 {7 yBit 1：HSI准备状态

/ t0 V  ]5 }8 ^( a
              0：HIS未准备好
3 L. u' t9 ~0 n              1：HSI准备完毕
2 K* ~; \7 W3 [  C4 e' j

- [. ?" S9 R' b. A& gBit 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
/ N5 w5 q1 u9 v" G: l8 R9 O

Bit 26~Bit 24：芯片时钟输出
  p9 {% p& V$ X  r9 `- Y+ X) S4 w9 C

              0xx：禁止输出
& ]  ]# G8 M) ~: g' p2 l; m              100：选择系统时钟SYSCLK
) s" s0 F+ y1 r1 R/ O              101：选择HSI时钟
              110：选择HSE时钟
' m1 G) C$ @, y# ?  ]              111：选择PLL分频输出（2分频）

; q, g  t; Q, y* A8 b3 v9 S1 i
Bit 22：USB时钟分频系数


' j) @& @9 s" x              0：PLL时钟1.5分频作为USB时钟
2 t0 X$ e" F" |! H! c; L# t  ~' ?              1：PLL时钟不分频作为USB时钟

. J5 `, |; T2 _7 B+ R- g" |
Bit 21~Bit 18：PLL倍频系数
4 R' Z5 q6 t4 M
$ n0 U2 C$ I; c1 t
# c- z1 j, Y5 w  [0 U/ c              0000：2倍频
, s7 y, d2 p; |4 a6 c8 q0 G. ~              0001：3倍频
( }6 V( z0 J" ~: d0 u6 d: A6 }              0010：4倍频
              0011：5倍频
              0100：6倍频
              0101：7倍频
0 `9 C+ a& t5 H- H: b# v: \              0110：8倍频
. @. r8 p5 u$ S* U. j) S              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
# B3 g4 F8 z: x8 f# f              1110：16倍频
              1111：16倍频

* N  D7 {3 l; D' l6 z
Bit 17：HSE输入分频器

9 l' q8 w& F5 T3 W; z/ M1 Z
9 C, @: @3 s7 @3 x5 e, z  a% d* m              0：HSE输入不分频
( W1 K" B7 @, Z* t, ~) @              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）
8 p8 I& d) x3 f) U) v7 T; r' h; C- t

              0：HSI时钟2分频作为PLL时钟输入
# N/ ~. ]' Q) h5 r              1：HSE作为PLL时钟输入
- g) B$ {0 p* }& E0 _6 D

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
6 Q/ b( l! X( R% i6 l7 A! I              10：PCLK2分频系数为6
              11：PCLK2分频系数为8
8 C5 E. M9 r; ^; z3 E  F
, K- {: ~' {) A  g/ I& d
Bit 13~Bit 11：APB2分频系数（最高可达72MHz）


+ P* ?, {+ n( x/ [. |0 ]8 ]              0xx：HCLK不分频
              100：HCLK分频系数为2
7 h6 X: {0 P  f              101：HCLK分频系数为4
              110：HCLK分频系数为8
              111：HCLK分频系数为16
1 B- u4 X7 x: v# A  B

Bit 10~Bit 8：APB1分频系数（最高只能达到36MHz）


              0xx：HCLK不分频
  e% i( a* q- V              100：HCLK分频系数为2
+ d( D9 X4 Q% ~, L: B              101：HCLK分频系数为4
% ~4 l! F1 t5 |6 t4 e9 s              110：HCLK分频系数为8
9 O3 T8 Y) a# ?/ k              111：HCLK分频系数为16


Bit 7~Bit 4：AHB总线预分频系数


9 F* ?# }8 d8 K3 G5 S9 J( X              0xxx：SYSCLK不分频
8 ^' F9 J4 f6 v! W              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


7 {2 J' |5 w/ D4 \Bit 3~Bit 2：系统时钟选择状态
/ U) m; M: b8 K* B2 ^9 e
( J! B6 B4 g3 l- B
              00：HSI作为系统时钟
              01：HSE作为系统时钟
' r% k0 C( Q1 }/ D0 Q# u0 T$ q              10：PLL作为系统时钟
$ z4 f% n0 y/ Y5 a7 Y5 c5 L              11：保留
' V' R/ Q/ M( A/ e, G$ M( c. N

Bit 1~Bit 0：系统时钟选择
7 j4 h( x6 `5 P3 P, v- v3 B

0 H& L  p) W' u              00：选择HSI作为系统时钟
              01：选择HSE作为系统时钟
: f6 l( Z/ v: V6 L/ L/ {1 ^& L  s              10：选择PLL作为系统时钟
& C) r' |9 E# Q& W3 E              11：保留


2.3 设置例程
1 ^) m6 x4 n2 D5 C. e# }) G* _: Z
配置STM32的时钟需要创建几个文件，这几个文件如下表所示。
/ U' l6 u4 k# h( z

（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：
7 \2 e; U8 o& v7 |

    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。
0 W) C3 ?5 m; e: i" o" `8 ]  N
- m2 V8 Y6 ^4 M/ T' x( J
（3）sys.h输入以下内容
$ d( l) i( I0 ?6 Z: {- l: @

    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。
' @9 t. R9 w$ [6 S* U  ]

7 q# g+ L7 x- u. |9 X
2 v7 d2 a0 }% ?1 q# C4 R+ C& K2 ^（3）sys.c文件输入以下内容

1. void STM32_Clock_Init( u8 PLL )
   
2. {
   ) z, h/ ?( g0 {
3.    RCC->CR |= 0x00010000 ;              //外部高速时钟使能HSEON
   # D5 o! C5 t/ C; U# c6 i
4.   while( !( RCC->CR>>17 ) ) ;              //等待外部时钟就绪
   
5.   RCC->CFGR = 0x00000400 ;            //APB1=DIV2;APB2=DIV1;AHB=DIV1;
     A' M! A9 \& F% [4 m0 t
6.   PLL -= 2 ;                    //抵消2个单位(因为是从2开始的,设置0就是2)
   9 b$ P: Z9 e$ }
7.   RCC->CFGR |= ( u32 )PLL<<18 ;            //设置PLL值 2~16
   ( o- A3 x3 p% J* Y
8.   RCC->CFGR |= 1<<16 ;              //PLLSRC ON
   , `6 q5 P4 G! z  T
9.   FLASH->ACR |= 0x32 ;                //FLASH 2个延时周期
   8 c3 t' Y6 a( P$ \4 d" x8 S; Q& V3 S$ Y
10.   RCC->CR |= 1<<24 ;                //PLLON
    8 n$ B9 @# d  j( T7 o. [
11.   while( ( RCC->CR&0x02000000 )!=0x02000000 ) ;    //等待PLL锁定
    4 L; I4 r0 c* p: K* e! y
12.   RCC->CFGR |= 0x00000002 ;            //PLL作为系统时钟
    1 k# X- y& s/ I
13.   while( ( RCC->CFGR&0x0000000C )!=0x00000008 ) ;  //等待PLL作为系统时钟设置成功
      K2 ?  m- A. `5 u
14. }

复制代码

6 a8 x, @0 R- `1 a: X' |  F   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。
2 i' o, ?* A- X0 ~6 m上一篇：
+ y0 F5 _  I! T$ o/ K3 oSTM32学习笔记01—STM32F103环境搭建>>



# {3 i( U- @5 x# {
) k  S" ]; r9 V/ s. [: o7 e4 D
5 k8 N: O, i6 G9 A7 _! N+ ]