stm32 時鍾配置——外部時鍾倍頻、內部時鍾倍頻 【worldsing筆記】

stm32可選的時鍾源

在STM32中，可以用內部時鍾，也可以用外部時鍾，在要求進度高的應用場合最好用外部晶體震盪器，內部時鍾存在一定的精度誤差。

准確的來說有4個時鍾源可以選分別是HSI、LSI、HSE、LSE（即內部高速，內部低速，外部高速，外部低速），高速時鍾主要用於系統內核和總線上的外設時鍾。低速時鍾主要用於獨立看門狗IWDG、實時時鍾RTC。

①、HSI是高速內部時鍾，RC振盪器，頻率為8MHz，上電后默認的系統時時鍾 SYSCLK = 8MHz，Flash編程時鍾。

①、HSE是高速外部時鍾，可接石英/陶瓷諧振器，或者接外部時鍾源，頻率范圍為4MHz~16MHz。

③、LSI是低速內部時鍾，RC振盪器，頻率為40kHz，可用於獨立看門狗IWDG、實時時鍾RTC。

④、LSE是低速外部時鍾，接頻率為32.768kHz的石英晶體。

 

系統時鍾SYSCLK輸入

這里重點在高速時鍾，因為大部分外設時鍾都是用的高速時鍾。系統內核和外設時鍾的時鍾只有一個源，那就是SYSCLK， 即常說的系統時鍾， 他是有一個選擇器SW來做選擇的，有3種選擇HSI、HSE和PLL， 上電后默認選擇內部HSI， HSI雖然存在精度誤差，但是能保證不會掛。這點比AVR單片機做的好一些，AVR單片機時鍾一旦配置成外部的，如果外部時鍾正常那時無法下載程序的。PLL為鎖相環倍頻輸出，PLL時鍾輸入源可選擇為HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍，其輸出頻率最大不得超過72MHz, 也有網有超頻工作的，但不提倡。

也就是說系統時鍾SYSCLK最終有以下幾種選擇：

①、SYSCLK = HSI

①、SYSCLK = HSE

③、SYSCLK = PLL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

關於PLL鎖相環倍頻（輸入和輸出）:

將輸入時鍾乘以一個系數后輸出時鍾，可以百度PLL原理。

PLL的輸入3種選擇：

①、PLLi =  HSI /2

①、PLLi =  HSE /2

③、PLLi =  HSE

 

PLL的輸出有15種選擇： PLLout = PLLi Xn (n = 2…16)

 

 

關於USB時鍾

STM32中有一個全速功能的USB模塊，其串行接口引擎需要一個頻率為48MHz的時鍾源。該時鍾源只能從PLL輸出端獲取（唯一的），，可以選擇為1.5分頻或者1分頻，也就是，當需要使用USB模塊時，PLL必須使能，並且時鍾頻率配置為48MHz或72MHz。

 

關於把時鍾信號輸出到外部

另外，STM32還可以選擇一個時鍾信號輸出到MCO腳(PA8)上，可以選擇為PLL輸出的2分頻、HSI、HSE、或者系統時鍾。

 

 

關於系統時鍾SYSCLK分配

系統時鍾SYSCLK，它是供STM32中絕大部分部件工作的時鍾源。系統時鍾可選擇為PLL輸出、HSI(8MHz)或者HSE(外部晶振)。系統時鍾最大頻率為72MHz，供給I2S音頻總線和AHB總線時鍾。

它通過AHB分頻器分頻后送給各模塊使用，AHB分頻器可選擇1、2、4、8、16、64、128、256、512分頻。其中AHB分頻器輸出的時鍾送給5大模塊使用：

①、內核總線：送給AHB總線、內核、內存和DMA使用的HCLK時鍾。

②、Tick定時器：通過8分頻后送給Cortex的系統定時器時鍾。

③、I2S總線：直接送給Cortex的空閑運行時鍾FCLK。

④、APB1外設：送給APB1分頻器。APB1分頻器可選擇1、2、4、8、16分頻，其輸出一路供APB1外設使用(PCLK1，最大頻率36MHz)，另一路送給定時器(Timer)2、3、4倍頻器使用。該倍頻器可選擇1或者2倍頻，時鍾輸出供定時器2、3、4使用。

⑤、APB2外設：送給APB2分頻器。APB2分頻器可選擇1、2、4、8、16分頻，其輸出一路供APB2外設使用(PCLK2，最大頻率72MHz)，另一路送給定時器(Timer)1倍頻器使用。該倍頻器可選擇1或者2倍頻，時鍾輸出供定時器1使用。另外，APB2分頻器還有一路輸出供ADC分頻器使用，分頻后送給ADC模塊使用。ADC分頻器可選擇為2、4、6、8分頻。

在以上的時鍾輸出中，有很多是帶使能控制的，例如AHB總線時鍾、內核時鍾、各種APB1外設、APB2外設等等。當需要使用某模塊時，記得一定要先使能對應的時鍾。

需要注意的是定時器的倍頻器，當APB的分頻為1時，它的倍頻值為1，否則它的倍頻值就為2。

連接在APB1(低速外設)上的設備有：電源接口、備份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看門狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模塊雖然需要一個單獨的48MHz時鍾信號，但它應該不是供USB模塊工作的時鍾，而只是提供給串行接口引擎(SIE)使用的時鍾。USB模塊工作的時鍾應該是由APB1提供的。

連接在APB2(高速外設)上的設備有：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。

對於單片機系統來說，CPU和總線以及外設的時鍾設置是非常重要的，因為沒有時鍾就沒有時序。

由於時鍾是一個由內而外的東西，具體設置要從寄存器開始。
RCC 寄存器結構，RCC_TypeDeff，在文件“stm32f10x.h”中定義如下： （v3.4庫）

1059行->1081行。

1. typedef struct
2. {
3.   __IO uint32_t CR;
4.   __IO uint32_t CFGR;
5.   __IO uint32_t CIR;
6.   __IO uint32_t APB2RSTR;
7.   __IO uint32_t APB1RSTR;
8.   __IO uint32_t AHBENR;
9.   __IO uint32_t APB2ENR;
10.   __IO uint32_t APB1ENR;
11.   __IO uint32_t BDCR;
12.   __IO uint32_t CSR;
14. #ifdef STM32F10X_CL
15.   __IO uint32_t AHBRSTR;
16.   __IO uint32_t CFGR2;
17. #endif /* STM32F10X_CL */
19. #if defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || defined (STM32F10X_HD_VL)
20.   uint32_t RESERVED0;
21.   __IO uint32_t CFGR2;
22. #endif /* STM32F10X_LD_VL || STM32F10X_MD_VL || STM32F10X_HD_VL */
23. } RCC_TypeDef;

一般板子上只有8Mhz的晶振，而增強型最高工作頻率為72Mhz，顯然需要用PLL倍頻9倍，這些設置都需要在初始化階段完成。

 

 

 

使用外部高速HSE時鍾，程序設置時鍾參數流程：
     1、將RCC寄存器重新設置為默認值      RCC_DeInit;
     2、打開外部高速時鍾晶振HSE           RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
     3、等待外部高速時鍾晶振工作           HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
     4、設置AHB時鍾                          RCC_HCLKConfig;
    5、設置高速AHB時鍾                      RCC_PCLK2Config;
    6、設置低速速AHB時鍾                   RCC_PCLK1Config;
    7、設置PLL                                 RCC_PLLConfig;
    8、打開PLL                                 RCC_PLLCmd(ENABLE);
    9、等待PLL工作                            while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
   10、設置系統時鍾                          RCC_SYSCLKConfig;
   11、判斷是否PLL是系統時鍾              while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
   12、打開要使用的外設時鍾               RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()

為了方便說明，借用一下例程的RCC設置函數，並用中文注釋的形式加以說明：

static void RCC_Config(void) { 
/* 這里是重置了RCC的設置，類似寄存器復位 */ 
RCC_DeInit(); 

/* 使能外部高速晶振 */ 
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); 

/* 等待高速晶振穩定 */ 
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); 

if (HSEStartUpStatus == SUCCESS) 
{ 
    /* 使能flash預讀取緩沖區 */ 
    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable); 

    /* 令Flash處於等待狀態，2是針對高頻時鍾的，這兩句跟RCC沒直接關系，可以暫且略過 */ 
    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); 

    /* HCLK = SYSCLK 設置高速總線時鍾=系統時鍾*/ 
    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); 

    /* PCLK2 = HCLK 設置低速總線2時鍾=高速總線時鍾*/ 
    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); 

    /* PCLK1 = HCLK/2 設置低速總線1的時鍾=高速時鍾的二分頻*/ 
    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); 

    /* ADCCLK = PCLK2/6 設置ADC外設時鍾=低速總線2時鍾的六分頻*/ 
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 

    /* Set PLL clock output to 72MHz using HSE (8MHz) as entry clock */ 
    //這句很關鍵 
    /* 利用鎖相環講外部8Mhz晶振9倍頻到72Mhz */ 
    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9); 

    /* Enable PLL 使能鎖相環*/ 
    RCC_PLLCmd(ENABLE); 

   /* Wait till PLL is ready 等待鎖相環輸出穩定*/ 
   while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) ;

    /* Select PLL as system clock source 將鎖相環輸出設置為系統時鍾 */ 
    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); 

    /* Wait till PLL is used as system clock source 等待校驗成功*/ 
    while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
} 

/* Enable FSMC, GPIOD, GPIOE, GPIOF, GPIOG and AFIO clocks */ 
//使能外圍接口總線時鍾，注意各外設的隸屬情況，不同芯片的分配不同，到時候查手冊就可以 
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_FSMC, ENABLE); 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE | 
                         RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG | 
                         RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); 
} 

 

使用內部高速HSI時鍾，程序設置時鍾參數流程：
     1、將RCC寄存器重新設置為默認值      RCC_DeInit;
     2、設置AHB時鍾                           RCC_HCLKConfig;
     3、設置高速AHB時鍾                      RCC_PCLK2Config;
     4、設置低速速AHB時鍾                   RCC_PCLK1Config;
    5、設置PLL選擇時鍾源和倍頻數         RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, 倍頻數); 

6、打開PLL                                 RCC_PLLCmd(ENABLE);
     7、等待PLL工作                            while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
     8、設置系統時鍾                           RCC_SYSCLKConfig;
     9、判斷是否PLL是系統時鍾               while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
   10、打開要使用的外設時鍾                 RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()

 

void RCC_Configuration(void){

    /*將外設RCC寄存器重設為缺省值*/
    RCC_DeInit();
 
    /*設置AHB時鍾（HCLK）*/ 
    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);  //RCC_SYSCLK_Div1——AHB時鍾= 系統時鍾

    /* 設置高速AHB時鍾（PCLK2）*/ 
    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);   //RCC_HCLK_Div1——APB2時鍾= HCLK

    /*設置低速AHB時鍾（PCLK1）*/    
    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);   //RCC_HCLK_Div2——APB1時鍾= HCLK / 2

    /*設置FLASH存儲器延時時鍾周期數*/
    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); //FLASH_Latency_2 2延時周期

    /*選擇FLASH預取指緩存的模式*/  
    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);       // 預取指緩存使能

    /*設置PLL時鍾源及倍頻系數*/ 
    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, RCC_PLLMul_12);        

    /*使能PLL */
    RCC_PLLCmd(ENABLE); 

    /*檢查指定的RCC標志位(PLL准備好標志)設置與否*/   
    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) ;
 
    /*設置系統時鍾（SYSCLK）*/ 
    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); 

    /* PLL返回用作系統時鍾的時鍾源*/
    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                 //0x08：PLL作為系統時鍾
}

PLL的設定需要在使能之前，一旦PLL使能后參數不可更改。

在STM32中，連接在APB1(低速外設)上的設備有：電源接口、備份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看門狗、Timer2、Timer3、Timer4 。

連接在APB2(高速外設)上的設備有：GPIO_A-E、USART1、ADC1、ADC2、ADC3、TIM1、TIM8、SPI1、ALL。

程序舉例：

APB1(低速外設)

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN, ENABLE);

APB2（高速外設）

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA  , ENABLE);

 

 

STM32和其它單片機相比時鍾更為復雜，就是為了靈活配置，降低功耗，不用的外設可以關閉時鍾，看似復雜但是，打開時鍾樹一看，就是幾個根的選擇，和幾個枝葉的選擇。