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【经验分享】stm32时钟分析

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STMCU小助手 发布时间:2022-2-8 20:45
在STM32中,有五个时钟源,为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。 其实是四个时钟源,如下图所示(灰蓝色),PLL是由锁相环电路倍频得到PLL时钟。
/ [3 M3 {/ _( ?+ a; g  ①、HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz。# T2 K- N/ F7 g+ l) u
  ②、HSE是高速外部时钟,可接石英/陶瓷谐振器,或者接外部时钟源,频率范围为4MHz~16MHz。
1 r: I6 t  T  h. H; d  ③、LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz。
/ @8 n- r$ E) g  ④、LSE是低速外部时钟,接频率为32.768kHz的石英晶体。
- D+ E7 c( u) |: D: o  ⑤、PLL为锁相环倍频输出,其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍,但是其输出频率最大不得超过72MHz。+ f  |% A! ]$ K. h  j' e

; j6 ^) n2 [3 t5 E$ J
其中40kHz的LSI供独立看门狗IWDG使用,另外它还可以被选择为实时时钟RTC的时钟源。另外,实时时钟RTC的时钟源还可以选择LSE,或者是HSE的128分频。RTC的时钟源通过RTCSEL[1:0]来选择。) d* z3 v8 v7 O# X' U" Q- F7 T  s. @
  STM32中有一个全速功能的USB模块,其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL输出端获取,可以选择为1.5分频或者1分频,也就是,当需要使用USB模块时,PLL必须使能,并且时钟频率配置为48MHz或72MHz。
9 g1 x7 c8 _" ~  另外,STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上,可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。
+ S& M7 U1 |5 [/ z  系统时钟SYSCLK,它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为72MHz,它通过AHB分频器分频后送给各模块使用,AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用:
/ t6 [% e) F, z/ B( H" C  ①、送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
; E7 }: {+ @0 m7 Z7 r6 z8 B% P+ l0 H  ②、通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。' w+ k5 p" f: q. O. b! w2 W0 z
  ③、直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。
9 P7 t+ Y, t/ Z/ [2 ^  ④、送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频,其输出一路供APB1外设使用(PCLK1,最大频率36MHz),另一路送给定时器(Timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频,时钟输出供定时器2、3、4使用。& ]% V3 |+ ~& S" j
  ⑤、送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频,其输出一路供APB2外设使用(PCLK2,最大频率72MHz),另一路送给定时器(Timer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频,时钟输出供定时器1使用。另外,APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用,分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。
4 V0 t4 o/ t; a- Z& g  在以上的时钟输出中,有很多是带使能控制的,例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。当需要使用某模块时,记得一定要先使能对应的时钟。/ K- A+ g+ j' F& j2 l6 w, a
  需要注意的是定时器的倍频器,当APB的分频为1时,它的倍频值为1,否则它的倍频值就为2。0 x4 y" M3 ]  ?+ k& A: ~; B9 g
  连接在APB1(低速外设)上的设备有:电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号,但它应该不是供USB模块工作的时钟,而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。: g: |& P. K$ p5 X
  连接在APB2(高速外设)上的设备有:UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。1 t( I) D/ e! k

' E0 i& d( G8 c9 x' i7 M/ e5 f6 [对于单片机系统来说,CPU和总线以及外设的时钟设置是非常重要的,因为没有时钟就没有时序。, k) E9 E  Z8 I- ~

. S. F! Z8 B% `" A5 D由于时钟是一个由内而外的东西,具体设置要从寄存器开始。
1 _, r4 j+ Z- M& I1 E) _. b) [3 `+ @- c$ P5 Q! f8 _
RCC 寄存器结构,RCC_TypeDeff,在文件“stm32f10x.h”中定义如下: (v3.4库)

0 O2 \; k' T! b& u6 \  _% c1059行->1081行。
1 S0 V! s5 q0 [# m& v
  • typedef struct
  • {
  •   __IO uint32_t CR;
  •   __IO uint32_t CFGR;
  •   __IO uint32_t CIR;
  •   __IO uint32_t APB2RSTR;
  •   __IO uint32_t APB1RSTR;
  •   __IO uint32_t AHBENR;
  •   __IO uint32_t APB2ENR;
  •   __IO uint32_t APB1ENR;
  •   __IO uint32_t BDCR;
  •   __IO uint32_t CSR;
  • #ifdef STM32F10X_CL
  •   __IO uint32_t AHBRSTR;
  •   __IO uint32_t CFGR2;
  • #endif /* STM32F10X_CL */
  • #if defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || defined (STM32F10X_HD_VL)
  •   uint32_t RESERVED0;
  •   __IO uint32_t CFGR2;
  • #endif /* STM32F10X_LD_VL || STM32F10X_MD_VL || STM32F10X_HD_VL */
  • } RCC_TypeDef;8 v9 v+ M, o$ V6 |3 N/ [7 J" s

) `7 n7 i# O6 O& r2 f0 l

8 ^/ s, y7 z, v3 }一般板子上只有8Mhz的晶振,而增强型最高工作频率为72Mhz,显然需要用PLL倍频9倍,这些设置都需要在初始化阶段完成。3 D/ U3 c& j- Y
4 L4 P6 S6 A0 }3 b  @4 D: M  y6 d( r& e
使用HSE时钟,程序设置时钟参数流程:" ?$ b) m  |  r+ w( j
1、将RCC寄存器重新设置为默认值   RCC_DeInit;$ V: `* f# z* b0 l3 \
2、打开外部高速时钟晶振HSE    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
% N" L9 y4 ~, r* t& K
3、等待外部高速时钟晶振工作    HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
2 V  {  p# ?$ ~. W
4、设置AHB时钟         RCC_HCLKConfig;/ {9 ~* S" d9 ?7 e7 G( ]9 }" L0 G
5、设置高速AHB时钟     RCC_PCLK2Config;
6 x% \, W0 ?( Y/ I8 y9 o0 m
6、设置低速速AHB时钟   RCC_PCLK1Config;5 ?  L6 K% e3 j' L
7、设置PLL              RCC_PLLConfig;' `6 R6 l; K) e$ l4 U* v8 x" f
8、打开PLL              RCC_PLLCmd(ENABLE);, G3 ?3 [/ O' S4 E6 _
9、等待PLL工作   while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
; m- Y$ V) N4 p( h* C10、设置系统时钟        RCC_SYSCLKConfig;
6 i: N- n$ l0 X! T
11、判断是否PLL是系统时钟     while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)% E& q# w3 ?2 e  `! h" r
12、打开要使用的外设时钟    RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()
3 C7 r+ {/ d3 k  j) U3 m- F
- @4 k+ q" E9 z) m$ v" w
为了方便说明,借用一下例程的RCC设置函数,并用中文注释的形式加以说明:
" }, v- \9 C' r+ a9 v( `) y% O; r
: t) k' d6 j0 Y% g
  • static void RCC_Config(void)
  • {
  • /* 这里是重置了RCC的设置,类似寄存器复位 */
  • RCC_DeInit();
  • /* 使能外部高速晶振 */
  • RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
  • /* 等待高速晶振稳定 */
  • HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
  • if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
  • {
  •     /* 使能flash预读取缓冲区 */
  •     FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
  •     /* 令Flash处于等待状态,2是针对高频时钟的,这两句跟RCC没直接关系,可以暂且略过 */
  •     FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
  •     /* HCLK = SYSCLK 设置高速总线时钟=系统时钟*/
  •     RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
  •     /* PCLK2 = HCLK 设置低速总线2时钟=高速总线时钟*/
  •     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
  •     /* PCLK1 = HCLK/2 设置低速总线1的时钟=高速时钟的二分频*/
  •     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
  •     /* ADCCLK = PCLK2/6 设置ADC外设时钟=低速总线2时钟的六分频*/
  •     RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
  •     /* Set PLL clock output to 72MHz using HSE (8MHz) as entry clock */
  •     //这句很关键
  •     /* 利用锁相环讲外部8Mhz晶振9倍频到72Mhz */
  •     RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
  •     /* Enable PLL 使能锁相环*/
  •     RCC_PLLCmd(ENABLE);
  •     /* Wait till PLL is ready 等待锁相环输出稳定*/
  •     while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
  •     {}
  •     /* Select PLL as system clock source 将锁相环输出设置为系统时钟 */
  •     RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
  •     /* Wait till PLL is used as system clock source 等待校验成功*/
  •     while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
  •     {}
  • }
  •     /* Enable FSMC, GPIOD, GPIOE, GPIOF, GPIOG and AFIO clocks */
  •     //使能外围接口总线时钟,注意各外设的隶属情况,不同芯片的分配不同,到时候查手册就可以
  • RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_FSMC, ENABLE);
  • RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE |
  •                          RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG |
  •                          RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
  • }- t. [) [- V" }2 q2 s% `  {' w
" p1 q; x( x2 X6 q, C: r

* J( x$ V6 a; t$ [7 u. t2 \6 L由上述程序可以看出系统时钟的设定是比较复杂的,外设越多,需要考虑的因素就越多。同时这种设定也是有规律可循的,设定参数也是有顺序规范的,这是应用中应当注意的,例如PLL的设定需要在使能之前,一旦PLL使能后参数不可更改。, a! ]: d) k$ z3 z
经过此番设置后,由于我的电路板上是8Mhz晶振,所以系统时钟为72Mhz,高速总线和低速总线2都为72Mhz,低速总线1为36Mhz,ADC时钟为12Mhz,USB时钟经过1.5分频设置就可以实现48Mhz的数据传输。
) w/ Z0 D5 r( ?# c" _/ q" E5 [一般性的时钟设置需要先考虑系统时钟的来源,是内部RC还是外部晶振还是外部的振荡器,是否需要PLL。然后考虑内部总线和外部总线,最后考虑外设的时钟信号。遵从先倍频作为CPU时钟,然后在由内向外分频,下级迁就上级的原则有点儿类似PCB制图的规范化要求,在这里也一样
9 x: R3 {5 K. D: Q, b5 G: P* @2 Q$ Z- Y
注:
6 W" _( |- s) J( Y
在STM32中,连接在APB1(低速外设)上的设备有:电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4 。
连接在APB2(高速外设)上的设备有:GPIO_A-E、USART1、ADC1、ADC2、ADC3、TIM1、TIM8、SPI1、ALL。
程序举例:
APB1(低速外设)
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN, ENABLE);
APB2(高速外设)
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA  , ENABLE);
5 M4 O% ~' g3 e8 t$ {/ r0 W4 b  y
; n, ]8 |! C7 l, d
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