STM32入门：时钟系统

qianglnp
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C语言相关知识

static关键字：

  • static声明的局部变量，存储在静态存储区；
  • 它在函数调用结束之后，不会被释放，它的值会一直保留下来。 extern变量声明：
  • extern可以置于变量或函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义；
  • extern声明变量可以多次，但定义只能有一次。

STM32时钟系统

STM时钟系统

  1. 在 STM32 中，一共有5个时钟源，分别是 HSI、HSE、LSI、LSE、PLL：
  • HSI 是高速内部时钟， RC 振荡器，频率为 8MHz ；
  • 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，频率范围是 4MHz – 16MHz ；
  • LSI 是低速内部时钟，RC 振荡器，频率为 40KHz，提供低功耗时钟；
  • LSE 是低速外部时钟，接频率为 32.768KHz 的石英晶体；
  • PLL 为锁相环倍频输出，严格的来说并不算一个独立的时钟源，PLL 的输入可以接 HSI/2、HSE 或者 HSE/2 。PLL倍频可选择为 2 – 16 倍，但是其输出频率最大不得超过 72MHz 。
  1. 系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源：
  • HSI振荡器时钟
  • HSE振荡器时钟
  • PLL时钟
  1. STM32 还可以选择一个时钟信号输出到 MCO 脚 (PA.8) 上，可以选择为 PLL 输出的 2 分频、HSI、HSE或者系统时钟；
  2. 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；
  3. 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 端获取，可以选择为 1.5 分频或者 1 分频，也就是，当需使用到 USB 模块时， PLL 必须使能，并且时钟配置为 48MHz 或 72MHz；
  4. 系统时钟最大频率为 72MHz ，它通过 AHB 分频器分频后送给各个模块使用， AHB分频器可以选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频，AHB分频器输出的时钟送给 5 大模块使用：
  • 送给 AHB 总线、内核、内存和 DMA 使用的 HCLK 时钟；
  • 通过 8 分频后送给 Cortex 的系统定时器时钟STCLK；
  • 直接送给 Cortex 的空闲运行时钟 FCLK；
  • 送给 APB1 分频器。APB1分频器可以选择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使用。该倍频器根据PCLK1的分频值自动选择 1 或者 2 倍频，时钟输出供定时器 2 、3 、4 使用。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。；
  • 送给 APB2 分频器。APB2分频器可以选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB2外设使用（PCLK2，最大频率72MHz），另外一路送给定时器 (Timer)1 使用。该倍频器根据PCLK2的分频值自动选择1 或 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。 系统结构
  1. APB1和APB2连接的模块
  • 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的时钟信号，但是它应该不是供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模块的工作时钟应该是由APB1提供的。
  • 连接在 APB2 （高速外设）上的设备有： UART1 、 SPI1 、 Timer1 、 ADC1 、 ADC2 、 GPIOx(PA~PE) 、第二功能 IO 口。 STM32时钟树

RCC相关配置寄存器

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;
} RCC_TypeDef;
  1. 时钟控制寄存器(CR)（复位值为0x0000 xx83）
  • 主要功能：内外部高速时钟的使能和就绪标志（含内部高速时钟校准调整），外部高速时钟旁路，时钟安全系统CSS使能，PLL使能和PLL就绪标志。
  1. 时钟配置寄存器(CFGR)（复位值为0x0000 0000）
  • 主要功能：系统时钟源切换及状态，AHB、APB1、APB2、ADC、USB预分频，PLL输入时钟源选择及HSE输入PLL分频选择，PLL倍频系数，MCO（PA8）引脚微控制器时钟输出。
  1. AHB外设时钟使能寄存器(AHBENR) （复位值: 0x0000 0014)
  • 主要功能：DMA1、DMA2、SRAM、FLITF、CRC、FSMC、SDIO时钟使能。
  1. APB2外设时钟使能寄存器(APB2ENR)（复位值: 0x0000 0000）
  • 主要功能：AFIO、IOPA、IOPB、IOPC、IOPD、IOPE、IOPF、IOPG、ADC1、ADC2、TIM1、SPI1、TIM8、USART1、ADC3时钟使能。
  1. APB1外设时钟使能寄存器(APB1ENR)（复位值: 0x0000 0000）
  • 主要功能：TIM2、TIM3、TIM4、TIM5、TIM6、TIM7、WWDG、SPI2、SPI3、USART2、USART3、USART4、USART5、I2C1、I2C2、USB、CAN、BKP、PWR、DAC时钟使能。

系统时钟初始化函数

SystemInit()函数作用：

  • 使能内部高速时钟HSI；
  • 将HSI作为系统时钟；
  • 复位HPRE、PPRE1、PPRE2、ADCPRE、MC0，使得HCLK=SYSCLK、PCLK1=HCLK、PCLK2=HCLK，微控制器时钟不输出（PCLK2供APB2外设使用，PCLK1供APB1外设使用）；
  • 复位HSE、CSS（时钟安全系统）、PLL，关闭外部外部高速时钟、时钟安全系统、锁相环倍频输出；
  • 复位HSEBYP，使得外部高速时钟没有旁路；
  • 复位PLLSRC，PLLXTPRE，PLLMUL，USBPRE/OTGFSPRE，HSI时钟2分频后作为PLL输入时钟（PLL已关闭）；
  • 禁用所有中断；
  • 使能外部高速时钟HSE，并待其就绪；
  • HCLK=SYSCLK PCK2=HCLK PCK1=HCLK/2；
  • 将HSE时钟作为PLL输入时钟且PLL倍频系数为9；
  • 将PLL输出作为系统时钟。

SysTick定时器

  1. SysTick定时器介绍
  • SysTick定时器也叫SysTick滴答定时器，它是Cortex-M3内核的一个外设，被嵌入在NVIC 中；
  • SysTick定时器是一个24位向下递减的定时器，当定时器计数到0时，将从LOAD寄存器中自动重装定时器初值，重新向下递减计数，如此循环往复;
  • SysTick是系统定时器时钟，它可以直接取内核时钟（FCLK)，还可以取部时钟源（STCLK)，其中外部时钟源是HCLK（AHB总线时钟)的1/8;
  • 如果开启SysTick中断的话，当定时器计数到0，将产生一个中断信号，该中断优先级也可以设置。
  1. 4个SysTick寄存器
  • CTRL SysTick控制和状态寄存器 配置函数：
void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)
  • LOAD SysTick自动装载值寄存器
  • VAL SysTick当前值寄存器
  • CALIB SysTick校准值寄存器
  1. SysTick相关函数
void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource);//Systick时钟源选择
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks);//初始化systick，时钟为HCLK并开启中断，ticks-1为初始值，每计数ticks次中断一次
void SysTick_Handler(void);//中断服务函数

参考资料

  1. STM32的时钟系统RCC详细整理
  2. 【正点原子】 手把手教你学STM32单片机教学视频
  3. SysTick定时器的原理与编程使用
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