单片机入门学习八 STM32单片机学习五时钟系统

￡神魔★判官ぃ 2022-06-01 00:10 481阅读 0赞

单片机学习除了了解该篇 [单片机入门学习五 STM32单片机学习二 跑马灯程序衍生出的stm32编程基础][STM32_ _stm32] 中的基础外，我们还需要有时钟的概念，本篇将记录 stm32的时钟系统。

1、STM32时钟介绍  
下面这幅图时stm32的时钟系统框图  
![时钟系统框图][SouthEast]  
1）蓝底框表示 时钟源，即：  
①HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。  
②HSE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。  
③LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。(WDG看门狗 使用该时钟源)  
④LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。（RTC实时时钟 使用该时钟源）  
⑤PLL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。  
其中HSE和LSE是通过单片机外部的晶振输入的，一共四个管脚，HSE的输入管脚是OSC\_IN和OSC\_OUT（通常为8M），  
LSE的输入管脚对应的引脚为OSC32\_IN和OSC32\_OUT（32.768kHz）  
2）梯形表示 选择器，例如：  
![梯形][SouthEast 1]  
梯形表示 **SYSCLK系统时钟的来源**可以使HSI RC、PLLCLK、HSE Osc（即HSI振荡器时钟、HSE振荡器时钟、PLL时钟）  
3）绿色方框 表示 预分频器（prescaler）  
4）该图片如何看，比如下图：  
![预分频说明][SouthEast 2]  
按照上图深红色 的路线来解释：PLL的时钟源 经过前面的选择器 假设为8MHz，经过PLL 9倍频后 PLLCLK的频率为72MHz，则经过选择器 SYSCLK（系统时钟）频率为72MHz，经过AHB分频器 1分频后 HCLK输出频率72MHz，经过APB1分频器 2分频后 PCLK1频率为36MHz； 经过APB2分频器 1分频后 PCLK2频率为72MHz。  
5）时钟输出MCO脚（PA8），可以选择PLL输出的2分频、HSI、HSE或者系统时钟。  
![MCO][]  
6）任何一个外设在使用之前，必须首先使能其相应的时钟。  
7）需要记住几个重要的时钟  
\- SYSCLK（系统时钟）  
\- AHB总线时钟  
\- APB1总线时钟（低速），速度最高到36MHz  
\- APB2总线时钟（高速），速度最高到72MHz  
\- PLL时钟  
下面贴一张《STM32中文手册》中的时钟图，该图和上面的图表示的意思是一致的，我们看看官方是如何展示 时钟框图的。  
![时钟图][SouthEast 3]

2、（时钟控制）RCC寄存器

typedef struct
    {
      __IO uint32_t CR;        //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能和就绪标志位 
      __IO uint32_t CFGR;      //PLL等的时钟源选择，分频系数设定
      __IO uint32_t CIR;       //清除/使能 时钟就绪中断
      __IO uint32_t APB2RSTR;  //APB2线上外设复位寄存器
      __IO uint32_t APB1RSTR;  //APB1线上外设复位寄存器
      __IO uint32_t AHBENR;    //DMA，SDIO等时钟使能
      __IO uint32_t APB2ENR;   //APB2线上外设时钟使能
      __IO uint32_t APB1ENR;   //APB1线上外设时钟使能
      __IO uint32_t BDCR;      //备份域控制寄存器
      __IO uint32_t CSR;       //控制状态寄存器
    } RCC_TypeDef;

上面是RCC寄存器的结构体定义，结构体中的每个变量的每一位代表什么需要我们参考《STM32中文手册》第6章的6.3小节 RCC寄存器描述来了解，现仅对一个变量CR贴出 参考手册 的描述，其余的就不列出了，参考手册即可。  
![CR][]

3、系统时钟初始化  
上面仅仅是对 时钟控制器 做了一个概念性的介绍，在编写程序时我们一般不直接操作 RCC\_TypeDef结构体，而是调用相应的库函数来编程。  
在此我们先看一下 库函数中 系统默认如何初始化这些 寄存器的，我们先看一段汇编程序，我们知道c中默认的程序入口是main函数，那main函数的如何调用的呢，我们先来看如下程序（该程序在startup\_stm32f10x\_hd.s中可以找到）：

; Reset handler
    Reset_Handler   PROC
    EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
    IMPORT  __main
    IMPORT  SystemInit
    LDR     R0, =SystemInit
    BLX     R0               
    LDR     R0, =__main
    BX      R0
    ENDP

从上面的程序中可以看出 在main函数调用前，调用了SystemInit函数，该函数的定义可以在system\_stm32f10x.c中找到，源码如下：

#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
    /* #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE */
     #define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000
    #else
    /* #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE */
    /* #define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000 */ 
    /* #define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000 */
    /* #define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000 */
    /* #define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000 */
    #define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000
    #endif
    
    /*!< Uncomment the following line if you need to use external SRAM mounted on STM3210E-EVAL board (STM32 High density and XL-density devices) or on STM32100E-EVAL board (STM32 High-density value line devices) as data memory */ 
    #if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
    /* #define DATA_IN_ExtSRAM */
    #endif
    
    /******************************************************************************* * Clock Definitions *******************************************************************************/
    #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_HSE;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
    #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_24MHz;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
    #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_36MHz;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
    #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_48MHz;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
    #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_56MHz;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
    #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_72MHz;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
    #else /*!< HSI Selected as System Clock source */
      uint32_t SystemCoreClock         = HSI_VALUE;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
    #endif
    
    __I uint8_t AHBPrescTable[16] = {
       0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9};
    
    static void SetSysClock(void);
    
    /** * @brief Setup the microcontroller system * Initialize the Embedded Flash Interface, the PLL and update the * SystemCoreClock variable. * @note This function should be used only after reset. * @param None * @retval None */
    void SystemInit (void)
    {
      /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
      /* Set HSION bit */
      RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
    
      /* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
    #ifndef STM32F10X_CL
      RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
    #else
      RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
    #endif /* STM32F10X_CL */ 
    
      /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
      RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
    
      /* Reset HSEBYP bit */
      RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
    
      /* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
      RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;
    
    #ifdef STM32F10X_CL
      /* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
      RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;
    
      /* Disable all interrupts and clear pending bits */
      RCC->CIR = 0x00FF0000;
    
      /* Reset CFGR2 register */
      RCC->CFGR2 = 0x00000000;
    #elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
      /* Disable all interrupts and clear pending bits */
      RCC->CIR = 0x009F0000;
    
      /* Reset CFGR2 register */
      RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
    #else
      /* Disable all interrupts and clear pending bits */
      RCC->CIR = 0x009F0000;
    #endif /* STM32F10X_CL */
    
    #if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
      #ifdef DATA_IN_ExtSRAM
        SystemInit_ExtMemCtl(); 
      #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
    #endif 
    
      /* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
      /* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
      SetSysClock();
    
    #ifdef VECT_TAB_SRAM
      SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
    #else
      SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
    #endif 
    }
    
    /** * @brief Configures the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers. * @param None * @retval None */
    static void SetSysClock(void)
    {
    #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
      SetSysClockToHSE();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
      SetSysClockTo24();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
      SetSysClockTo36();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
      SetSysClockTo48();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
      SetSysClockTo56();  
    #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
      SetSysClockTo72();
    #endif
    
     /* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock source (default after reset) */ 
    }

1）从上面代码逐行往下看，我们知道我们前面的程序 定义的宏定义是 STM32F10X\_HD，如下图![宏定义][SouthEast 4]  
2）从而在初始化器确定了系统时钟频率为（72MHz）：‘\#define SYSCLK\_FREQ\_72MHz 72000000’  
初始化智慧的状态为：

*  SYSCLK 72MHz
 *  AHB 72MHz
 *  PCLK1 36MHz
 *  PCLK2 72MHz
 *  PLL 72MHz

3）SystemInit()函数的第一行代码RCC->CR |= (uint32\_t)0x00000001;我们查手册 CR寄存器第一位置1，表示开启8MHz内部振荡器，后续的代码阅读如该句，都需要参照手册 来理解，在此不再说明。  
4）初始化之后可以通过变量SystemCoreClock获取系统变量。如果SYSCLK=72MHz，那么变量SystemCoreClock=72000000。

4、RCC寄存器配置库函数  
上面了解了 stm32默认给我们配置的是 什么样的时钟源，若我们想自定义，则需要借助系统库函数来进行修改，则我需要用到 stm32f10x\_rcc.h里定义的库函数

*  时钟使能配置:  
    RCC\_LSEConfig() 、RCC\_HSEConfig()、  
    RCC\_HSICmd() 、 RCC\_LSICmd() 、 RCC\_PLLCmd() ……
 *  时钟源相关配置：  
    RCC\_PLLConfig ()、 RCC\_SYSCLKConfig() 、  
    RCC\_RTCCLKConfig() …
 *  分频系数选择配置：  
    RCC\_HCLKConfig() 、 RCC\_PCLK1Config() 、 RCC\_PCLK2Config()…
 *  外设时钟使能：  
    RCC\_APB1PeriphClockCmd(): //APB1线上外设时钟使能  
    RCC\_APB2PeriphClockCmd(); //APB2线上外设时钟使能  
    RCC\_AHBPeriphClockCmd(); //AHB线上外设时钟使能
 *  其他外设时钟配置：  
    RCC\_ADCCLKConfig (); RCC\_RTCCLKConfig();
 *  状态参数获取参数：  
    RCC\_GetClocksFreq();  
    RCC\_GetSYSCLKSource();  
    RCC\_GetFlagStatus()
 *  RCC中断相关函数 :  
    RCC\_ITConfig() 、 RCC\_GetITStatus() 、 RCC\_ClearITPendingBit()…

[STM32_ _stm32]: http://blog.csdn.net/fengshuiyue/article/details/79022968
[SouthEast]: /images/20220601/5672a7ab727e489abeda2efd8e0a0e0e.png
[SouthEast 1]: /images/20220601/7bc9d1131581481198da370c3169b712.png
[SouthEast 2]: /images/20220601/eb41b296b05545b4abe41463186a8b3a.png
[MCO]: /images/20220601/746648ac867e4640ab6da377f0567efa.png
[SouthEast 3]: /images/20220601/5ea1e1e014f147c4b9f67e9ceb01390d.png
[CR]: /images/20220601/3ac3d331d98249a3854f935c08212075.png
[SouthEast 4]: /images/20220601/078f08b5e626413fb3e7cddfdef8329b.png