STM32-時鍾配置與使用

0、前言

RCC-復位和時鍾控制器

可以實現配置系統時鍾SYSCLK，配置AHB(HCLK)總線時鍾，配置外設APB1(PCLK1)和APB2(PCLK2)時鍾

庫函數的標准配置為PCLK2=HCLK=SYSCLK=PLLCLK=72M,PCLK1=HCLK/2=36M

系統初始化時會調用函數實現時鍾配置。

#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) */

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

在system_stm32f10x.c文件中可更改宏定義改變系統時鍾頻率

#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

1、時鍾樹

主要時鍾

• HSE：高速外部時鍾，可由有源晶振或無源晶振提供，4-16MHz

  PLL以HSE為來源時可設置不分頻或2分頻

• PLL：鎖相環時鍾源，可配置來自HSE或HSI/2

• PLLCLK：鎖相環時鍾，可設置倍頻[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]

• SYSCLK：系統時鍾

• HCLK：AHB總線時鍾，系統時鍾經AHB預分頻得到，分頻因子[1,2,4,8,16,64,128,256,512]

• PCLK1：APB1總線時鍾，由HCLK通過低速APB1預分頻得到，分頻因子[1,2,4,8,16]

• PCLK2：APB2總線時鍾，由HCLK通過高速APB2預分頻得到，分頻因子[1,2,4,8,16]

其他時鍾

• USB時鍾：由PLLCLK通過USB預分頻器得到，分頻因子[1,1.5]
• Cortex系統時鍾：由HCLK8分頻得到，用來驅動內核的系統定時器SysTick
• ADC時鍾：由PCLK2經ADC預分頻得到，分頻因子[2,4,6,8]
• RTC時鍾：由HSE/128或LSE或LSI得到
• MCO時鍾：輸出時鍾，可由PLLCLK/2,HSI,HSE,SYSCLK配置

2、時鍾配置

相關庫函數

配置函數

/*
	將RCC外設初始化為復位狀態
*/
void RCC_DeInit(void);		
/*
	使能HSE，可選參數RCC_HSE_OFF,RCC_HSE_ON,RCC_HSE_Bypass 
*/
void RCC_HSEConfig(uint32_t RCC_HSE);	
/*
	等待時鍾源啟動穩定，返回SUCCESS,ERROR
*/
ErrorStatus RCC_WaitForHSEStartUp(void); 
/*
	配置PLL時鍾源和PLL倍頻因子
	RCC_RLLSource:RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLSource_HSE_Div2,RCC_PLLSource_HSI_Div2
	RCC_PLLMul:RCC_PLLMul_2 [2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]
*/
void RCC_PLLConfig(uint32_t RCC_PLLSource, uint32_t RCC_PLLMul);
/*
	配置系統時鍾，可選參數RCC_SYSCLKSource_HSI,RCC_SYSCLKSource_HSE,RCC_SYSCLKSource_PLLCLK
*/
void RCC_SYSCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLKSource);
/*
	配置HCLK，可選參數RCC_SYSCLK_Div1 [1,2,4,8,16,64,128,256,512]
*/
void RCC_HCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLK);
/*
	配置PCLK1，可選參數RCC_HCLK_Div1 [1,2,4,8,16]
*/
void RCC_PCLK1Config(uint32_t RCC_HCLK);
/*
	配置PCLK2，可選參數RCC_HCLK_Div1 [1,2,4,8,16]
*/
void RCC_PCLK2Config(uint32_t RCC_HCLK);

操作函數

/*
	控制PLL開關，可選參數DISABLE,ENABLE
*/
void RCC_PLLCmd(FunctionalState NewState);
/*
	獲取狀態，可選參數
    #define RCC_FLAG_HSIRDY                  ((uint8_t)0x21)
    #define RCC_FLAG_HSERDY                  ((uint8_t)0x31)
    #define RCC_FLAG_PLLRDY                  ((uint8_t)0x39)
    #define RCC_FLAG_LSERDY                  ((uint8_t)0x41)
    #define RCC_FLAG_LSIRDY                  ((uint8_t)0x61)
    #define RCC_FLAG_PINRST                  ((uint8_t)0x7A)
    #define RCC_FLAG_PORRST                  ((uint8_t)0x7B)
    #define RCC_FLAG_SFTRST                  ((uint8_t)0x7C)
    #define RCC_FLAG_IWDGRST                 ((uint8_t)0x7D)
    #define RCC_FLAG_WWDGRST                 ((uint8_t)0x7E)
    #define RCC_FLAG_LPWRRST                 ((uint8_t)0x7F)
    返回SET,RESET
*/
FlagStatus RCC_GetFlagStatus(uint8_t RCC_FLAG);
/*
	讀取時鍾切換狀態位,返回
    *     - 0x00: HSI used as system clock
    *     - 0x04: HSE used as system clock
    *     - 0x08: PLL used as system clock
*/
uint8_t RCC_GetSYSCLKSource(void);

使用HSE配置系統時鍾

• 1、開啟HSE ，並等待 HSE 穩定
• 2、設置 AHB、APB2、APB1的預分頻因子
• 3、設置PLL的時鍾來源，和PLL的倍頻因子，設置各種頻率主要就是在這里設置
• 4、開啟PLL，並等待PLL穩定
• 5、把PLLCK切換為系統時鍾SYSCLK
• 6、讀取時鍾切換狀態位，確保PLLCLK被選為系統時鍾

/* 設置 系統時鍾:SYSCLK, AHB總線時鍾:HCLK, APB2總線時鍾:PCLK2, APB1總線時鍾:PCLK1
 * PCLK2 = HCLK = SYSCLK
 * PCLK1 = HCLK/2,最高只能是36M
 * 參數說明：pllmul是PLL的倍頻因子，在調用的時候可以是：RCC_PLLMul_x , x:[2,3,...16]
 * 舉例：HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);  則設置系統時鍾為：8MHZ * 9 = 72MHZ
 *       HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_16); 則設置系統時鍾為：8MHZ * 16 = 128MHZ，超頻慎用
 *
 * HSE作為時鍾來源，經過PLL倍頻作為系統時鍾，這是通常的做法
 */
void HSE_SetSysClock(uint32_t pllmul)
{
	__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStartUpStatus = 0;

	// 把RCC外設初始化成復位狀態，這句是必須的
  	RCC_DeInit();

     //使能HSE，開啟外部晶振，野火開發板用的是8M
     RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
     // 等待 HSE 啟動穩定
     HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
     // 只有 HSE 穩定之后則繼續往下執行
      if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
      {
        //----------------------------------------------------------------------//
         // 使能FLASH 預存取緩沖區
         FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
         // SYSCLK周期與閃存訪問時間的比例設置，這里統一設置成2
         // 設置成2的時候，SYSCLK低於48M也可以工作，如果設置成0或者1的時候，
         // 如果配置的SYSCLK超出了范圍的話，則會進入硬件錯誤，程序就死了
         // 0：0 < SYSCLK <= 24M
         // 1：24< SYSCLK <= 48M
         // 2：48< SYSCLK <= 72M
         FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
        //----------------------------------------------------------------------//
         // AHB預分頻因子設置為1分頻，HCLK = SYSCLK 
         RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); 
         // APB2預分頻因子設置為1分頻，PCLK2 = HCLK
         RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); 
         // APB1預分頻因子設置為1分頻，PCLK1 = HCLK/2 
         RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
        //-----------------設置各種頻率主要就是在這里設置-------------------//
         // 設置PLL時鍾來源為HSE，設置PLL倍頻因子
         // PLLCLK = 8MHz * pllmul
         RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, pllmul);
        //------------------------------------------------------------------//
         // 開啟PLL 
         RCC_PLLCmd(ENABLE);
         // 等待 PLL穩定
         while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
         {}
         // 當PLL穩定之后，把PLL時鍾切換為系統時鍾SYSCLK
         RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        // 讀取時鍾切換狀態位，確保PLLCLK被選為系統時鍾
         while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
         {}
      }
      else
      { 
          // 如果HSE開啟失敗，那么程序就會來到這里，用戶可在這里添加出錯的代碼處理
          // 當HSE開啟失敗或者故障的時候，單片機會自動把HSI設置為系統時鍾，
          // HSI是內部的高速時鍾，8MHZ
            while (1)
            {
            }
       }
}

使用HSI配置系統時鍾

• 1、開啟HSI ，並等待 HSI 穩定
• 2、設置 AHB、APB2、APB1的預分頻因子
• 3、設置PLL的時鍾來源，和PLL的倍頻因子，設置各種頻率主要就是在這里設置
• 4、開啟PLL，並等待PLL穩定
• 5、把PLLCK切換為系統時鍾SYSCLK
• 6、讀取時鍾切換狀態位，確保PLLCLK被選為系統時鍾

/* 設置 系統時鍾:SYSCLK, AHB總線時鍾:HCLK, APB2總線時鍾:PCLK2, APB1總線時鍾:PCLK1
 * PCLK2 = HCLK = SYSCLK
 * PCLK1 = HCLK/2,最高只能是36M
 * 參數說明：pllmul是PLL的倍頻因子，在調用的時候可以是：RCC_PLLMul_x , x:[2,3,...16]
 * 舉例：HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);  則設置系統時鍾為：4MHZ * 9 = 72MHZ
 *       HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_16); 則設置系統時鍾為：4MHZ * 16 = 64MHZ
 *
 * HSI作為時鍾來源，經過PLL倍頻作為系統時鍾，這是在HSE故障的時候才使用的方法
 * HSI會因為溫度等原因會有漂移，不穩定，一般不會用HSI作為時鍾來源，除非是迫不得已的情況
 * 如果HSI要作為PLL時鍾的來源的話，必須二分頻之后才可以，即HSI/2，而PLL倍頻因子最大只能是16
 * 所以當使用HSI的時候，SYSCLK最大只能是4M*16=64M
 */
void HSI_SetSysClock(uint32_t pllmul)
{
    __IO uint32_t HSIStartUpStatus = 0;
    // 把RCC外設初始化成復位狀態，這句是必須的
    RCC_DeInit();

    //使能HSI
    RCC_HSICmd(ENABLE);
    // 等待 HSI 就緒
    HSIStartUpStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY;
    // 只有 HSI就緒之后則繼續往下執行
    if (HSIStartUpStatus == RCC_CR_HSIRDY)
    {
//----------------------------------------------------------------------//
        // 使能FLASH 預存取緩沖區
        FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
        // SYSCLK周期與閃存訪問時間的比例設置，這里統一設置成2
        // 設置成2的時候，SYSCLK低於48M也可以工作，如果設置成0或者1的時候，
        // 如果配置的SYSCLK超出了范圍的話，則會進入硬件錯誤，程序就死了
        // 0：0 < SYSCLK <= 24M
        // 1：24< SYSCLK <= 48M
        // 2：48< SYSCLK <= 72M
        FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//----------------------------------------------------------------------//
        // AHB預分頻因子設置為1分頻，HCLK = SYSCLK
        RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
        // APB2預分頻因子設置為1分頻，PCLK2 = HCLK
        RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
        // APB1預分頻因子設置為1分頻，PCLK1 = HCLK/2
        RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
//-----------------設置各種頻率主要就是在這里設置-------------------//
        // 設置PLL時鍾來源為HSE，設置PLL倍頻因子
        // PLLCLK = 4MHz * pllmul
        RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, pllmul);
//------------------------------------------------------------------//
        // 開啟PLL
        RCC_PLLCmd(ENABLE);
        // 等待 PLL穩定
        while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
        {
        }
        // 當PLL穩定之后，把PLL時鍾切換為系統時鍾SYSCLK
        RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        // 讀取時鍾切換狀態位，確保PLLCLK被選為系統時鍾
        while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
        {
        }
    }
    else
    {
        // 如果HSI開啟失敗，那么程序就會來到這里，用戶可在這里添加出錯的代碼處理
        // 當HSE開啟失敗或者故障的時候，單片機會自動把HSI設置為系統時鍾，
        // HSI是內部的高速時鍾，8MHZ
        while (1)
        {
        }
    }
}

MCO輸出

MCO GPIO初始化

/*
 * 初始化MCO引腳PA8
 * 在F1系列中MCO引腳只有一個，即PA8，在F4系列中，MCO引腳會有兩個
 */
void MCO_GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // 開啟GPIOA的時鍾
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    // 選擇GPIO8引腳
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    //設置為復用功能推挽輸出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    //設置IO的翻轉速率為50M
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    // 初始化GPIOA8
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

輸出

// MCO 引腳初始化
MCO_GPIO_Config();
// 設置MCO引腳輸出時鍾，用示波器即可在PA8測量到輸出的時鍾信號，
// 我們可以把PLLCLK/2作為MCO引腳的時鍾來檢測系統時鍾是否配置准確
// MCO引腳輸出可以是HSE,HSI,PLLCLK/2,SYSCLK
//RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSE);
//RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSI);
//RCC_MCOConfig(RCC_MCO_PLLCLK_Div2);
RCC_MCOConfig(RCC_MCO_SYSCLK);

Systick系統定時器

簡介

SysTick——系統定時器是屬於 CM3 內核中的一個外設，內嵌在 NVIC 中。

系統定時器是一個 24bit 的向下遞減的計數器，計數器每計數一次的時間為 1/SYSCLK，一般我們設置系統時鍾 SYSCLK 等於 72M。當重裝載數值寄存器的值遞減到 0 的時候，系統定時器就產生一次中斷，以此循環往復。

因為 SysTick 是屬於 CM3 內核的外設，所以所有基於 CM3 內核的單片機都具有這個系統定時器，使得軟件在 CM3 單片機中可以很容易的移植。系統定時器一般用於操作系統，用於產生時基，維持操作系統的心跳。

相關庫函數

• SysTick配置函數

  static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
  { 
    if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            /* Reload value impossible */
                                                                 
    SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;      /* set reload register */
    NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  /* set Priority for Cortex-M0 System Interrupts */
    SysTick->VAL   = 0;                                          /* Load the SysTick Counter Value */
    SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | 
                     SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   | 
                     SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
    return (0);                                                  /* Function successful */
  }
  

  ticks用來設置重載寄存器的值，最大不超過\(2^{24}\)，當寄存器值遞減到0時產生中斷，隨后重載、遞減，循環往復。

  每一個tick對應1/SYSCLK 秒

  每次中斷間隔時間為\(T_{INT}=ticks/CLK_{AHB}\)

• 修改系統定時器中斷優先級(非必要)

  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
  

• 對應中斷函數(stm32f10x_it.c)

  void SysTick_Handler(void)
  {
      
  }