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STM32-Clock 配置和使用

最编程 2024-05-04 21:34:35
...

0、前言

RCC-复位和时钟控制器

可以实现配置系统时钟SYSCLK,配置AHB(HCLK)总线时钟,配置外设APB1(PCLK1)APB2(PCLK2)时钟

库函数的标准配置为PCLK2=HCLK=SYSCLK=PLLCLK=72M,PCLK1=HCLK/2=36M

系统初始化时会调用函数实现时钟配置。

#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

system_stm32f10x.c文件中可更改宏定义改变系统时钟频率

#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、时钟树

image

主要时钟

  • HSE:高速外部时钟,可由有源晶振或无源晶振提供,4-16MHz

    PLL以HSE为来源时可设置不分频或2分频

  • PLL:锁相环时钟源,可配置来自HSE或HSI/2

  • PLLCLK:锁相环时钟,可设置倍频[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]

  • SYSCLK:系统时钟

  • HCLK:AHB总线时钟,系统时钟经AHB预分频得到,分频因子[1,2,4,8,16,64,128,256,512]

  • PCLK1:APB1总线时钟,由HCLK通过低速APB1预分频得到,分频因子[1,2,4,8,16]

  • PCLK2:APB2总线时钟,由HCLK通过高速APB2预分频得到,分频因子[1,2,4,8,16]

其他时钟

  • USB时钟:由PLLCLK通过USB预分频器得到,分频因子[1,1.5]
  • Cortex系统时钟:由HCLK8分频得到,用来驱动内核的系统定时器SysTick
  • ADC时钟:由PCLK2经ADC预分频得到,分频因子[2,4,6,8]
  • RTC时钟:由HSE/128或LSE或LSI得到
  • MCO时钟:输出时钟,可由PLLCLK/2,HSI,HSE,SYSCLK配置

2、时钟配置

相关库函数

配置函数

/*
	将RCC外设初始化为复位状态
*/
void RCC_DeInit(void);		
/*
	使能HSE,可选参数RCC_HSE_OFF,RCC_HSE_ON,RCC_HSE_Bypass 
*/
void RCC_HSEConfig(uint32_t RCC_HSE);	
/*
	等待时钟源启动稳定,返回SUCCESS,ERROR
*/
ErrorStatus RCC_WaitForHSEStartUp(void); 
/*
	配置PLL时钟源和PLL倍频因子
	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);
/*
	配置系统时钟,可选参数RCC_SYSCLKSource_HSI,RCC_SYSCLKSource_HSE,RCC_SYSCLKSource_PLLCLK
*/
void RCC_SYSCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLKSource);
/*
	配置HCLK,可选参数RCC_SYSCLK_Div1 [1,2,4,8,16,64,128,256,512]
*/
void RCC_HCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLK);
/*
	配置PCLK1,可选参数RCC_HCLK_Div1 [1,2,4,8,16]
*/
void RCC_PCLK1Config(uint32_t RCC_HCLK);
/*
	配置PCLK2,可选参数RCC_HCLK_Div1 [1,2,4,8,16]
*/
void RCC_PCLK2Config(uint32_t RCC_HCLK);

操作函数

/*
	控制PLL开关,可选参数DISABLE,ENABLE
*/
void RCC_PLLCmd(FunctionalState NewState);
/*
	获取状态,可选参数
    #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);
/*
	读取时钟切换状态位,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配置系统时钟

  • 1、开启HSE ,并等待 HSE 稳定
  • 2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
  • 3、设置PLL的时钟来源,和PLL的倍频因子,设置各种频率主要就是在这里设置
  • 4、开启PLL,并等待PLL稳定
  • 5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
  • 6、读取时钟切换状态位,确保PLLCLK被选为系统时钟
/* 设置 系统时钟:SYSCLK, AHB总线时钟:HCLK, APB2总线时钟:PCLK2, APB1总线时钟:PCLK1
 * PCLK2 = HCLK = SYSCLK
 * PCLK1 = HCLK/2,最高只能是36M
 * 参数说明:pllmul是PLL的倍频因子,在调用的时候可以是:RCC_PLLMul_x , x:[2,3,...16]
 * 举例:HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);  则设置系统时钟为:8MHZ * 9 = 72MHZ
 *       HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_16); 则设置系统时钟为:8MHZ * 16 = 128MHZ,超频慎用
 *
 * HSE作为时钟来源,经过PLL倍频作为系统时钟,这是通常的做法
 */
void HSE_SetSysClock(uint32_t pllmul)
{
	__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStartUpStatus = 0;

	// 把RCC外设初始化成复位状态,这句是必须的
  	RCC_DeInit();

     //使能HSE,开启外部晶振,野火开发板用的是8M
     RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
     // 等待 HSE 启动稳定
     HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
     // 只有 HSE 稳定之后则继续往下执行
      if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
      {
        //----------------------------------------------------------------------//
         // 使能FLASH 预存取缓冲区
         FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
         // SYSCLK周期与闪存访问时间的比例设置,这里统一设置成2
         // 设置成2的时候,SYSCLK低于48M也可以工作,如果设置成0或者1的时候,
         // 如果配置的SYSCLK超出了范围的话,则会进入硬件错误,程序就死了
         // 0:0 < SYSCLK <= 24M
         // 1:24< SYSCLK <= 48M
         // 2:48< SYSCLK <= 72M
         FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
        //----------------------------------------------------------------------//
         // AHB预分频因子设置为1分频,HCLK = SYSCLK 
         RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); 
         // APB2预分频因子设置为1分频,PCLK2 = HCLK
         RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); 
         // APB1预分频因子设置为1分频,PCLK1 = HCLK/2 
         RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
        //-----------------设置各种频率主要就是在这里设置-------------------//
         // 设置PLL时钟来源为HSE,设置PLL倍频因子
         // PLLCLK = 8MHz * pllmul
         RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, pllmul);
        //------------------------------------------------------------------//
         // 开启PLL 
         RCC_PLLCmd(ENABLE);
         // 等待 PLL稳定
         while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
         {}
         // 当PLL稳定之后,把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
         RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        // 读取时钟切换状态位,确保PLLCLK被选为系统时钟
         while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
         {}
      }
      else
      { 
          // 如果HSE开启失败,那么程序就会来到这里,用户可在这里添加出错的代码处理
          // 当HSE开启失败或者故障的时候,单片机会自动把HSI设置为系统时钟,
          // HSI是内部的高速时钟,8MHZ
            while (1)
            {
            }
       }
}

使用HSI配置系统时钟

  • 1、开启HSI ,并等待 HSI 稳定
  • 2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
  • 3、设置PLL的时钟来源,和PLL的倍频因子,设置各种频率主要就是在这里设置
  • 4、开启PLL,并等待PLL稳定
  • 5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
  • 6、读取时钟切换状态位,确保PLLCLK被选为系统时钟
/* 设置 系统时钟:SYSCLK, AHB总线时钟:HCLK, APB2总线时钟:PCLK2, APB1总线时钟:PCLK1
 * PCLK2 = HCLK = SYSCLK
 * PCLK1 = HCLK/2,最高只能是36M
 * 参数说明:pllmul是PLL的倍频因子,在调用的时候可以是:RCC_PLLMul_x , x:[2,3,...16]
 * 举例:HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);  则设置系统时钟为:4MHZ * 9 = 72MHZ
 *       HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_16); 则设置系统时钟为:4MHZ * 16 = 64MHZ
 *
 * HSI作为时钟来源,经过PLL倍频作为系统时钟,这是在HSE故障的时候才使用的方法
 * HSI会因为温度等原因会有漂移,不稳定,一般不会用HSI作为时钟来源,除非是迫不得已的情况
 * 如果HSI要作为PLL时钟的来源的话,必须二分频之后才可以,即HSI/2,而PLL倍频因子最大只能是16
 * 所以当使用HSI的时候,SYSCLK最大只能是4M*16=64M
 */
void HSI_SetSysClock(uint32_t pllmul)
{
    __IO uint32_t HSIStartUpStatus = 0;
    // 把RCC外设初始化成复位状态,这句是必须的
    RCC_DeInit();

    //使能HSI
    RCC_HSICmd(ENABLE);
    // 等待 HSI 就绪
    HSIStartUpStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY;
    // 只有 HSI就绪之后则继续往下执行
    if (HSIStartUpStatus == RCC_CR_HSIRDY)
    {
//----------------------------------------------------------------------//
        // 使能FLASH 预存取缓冲区
        FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
        // SYSCLK周期与闪存访问时间的比例设置,这里统一设置成2
        // 设置成2的时候,SYSCLK低于48M也可以工作,如果设置成0或者1的时候,
        // 如果配置的SYSCLK超出了范围的话,则会进入硬件错误,程序就死了
        // 0:0 < SYSCLK <= 24M
        // 1:24< SYSCLK <= 48M
        // 2:48< SYSCLK <= 72M
        FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//----------------------------------------------------------------------//
        // AHB预分频因子设置为1分频,HCLK = SYSCLK
        RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
        // APB2预分频因子设置为1分频,PCLK2 = HCLK
        RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
        // APB1预分频因子设置为1分频,PCLK1 = HCLK/2
        RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
//-----------------设置各种频率主要就是在这里设置-------------------//
        // 设置PLL时钟来源为HSE,设置PLL倍频因子
        // PLLCLK = 4MHz * pllmul
        RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, pllmul);
//------------------------------------------------------------------//
        // 开启PLL
        RCC_PLLCmd(ENABLE);
        // 等待 PLL稳定
        while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
        {
        }
        // 当PLL稳定之后,把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
        RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        // 读取时钟切换状态位,确保PLLCLK被选为系统时钟
        while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
        {
        }
    }
    else
    {
        // 如果HSI开启失败,那么程序就会来到这里,用户可在这里添加出错的代码处理
        // 当HSE开启失败或者故障的时候,单片机会自动把HSI设置为系统时钟,
        // HSI是内部的高速时钟,8MHZ
        while (1)
        {
        }
    }
}

MCO输出

MCO GPIO初始化

/*
 * 初始化MCO引脚PA8
 * 在F1系列中MCO引脚只有一个,即PA8,在F4系列中,MCO引脚会有两个
 */
void MCO_GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // 开启GPIOA的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    // 选择GPIO8引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    //设置为复用功能推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    //设置IO的翻转速率为50M
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    // 初始化GPIOA8
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

输出

// MCO 引脚初始化
MCO_GPIO_Config();
// 设置MCO引脚输出时钟,用示波器即可在PA8测量到输出的时钟信号,
// 我们可以把PLLCLK/2作为MCO引脚的时钟来检测系统时钟是否配置准确
// MCO引脚输出可以是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系统定时器

简介

SysTick——系统定时器是属于 CM3 内核中的一个外设,内嵌在 NVIC 中。

系统定时器是一个 24bit 的向下递减的计数器,计数器每计数一次的时间为 1/SYSCLK,一般我们设置系统时钟 SYSCLK 等于 72M。当重装载数值寄存器的值递减到 0 的时候,系统定时器就产生一次中断,以此循环往复。

因为 SysTick 是属于 CM3 内核的外设,所以所有基于 CM3 内核的单片机都具有这个系统定时器,使得软件在 CM3 单片机中可以很容易的移植。系统定时器一般用于操作系统,用于产生时基,维持操作系统的心跳。

相关库函数

  • SysTick配置函数

    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用来设置重载寄存器的值,最大不超过\(2^{24}\),当寄存器值递减到0时产生中断,随后重载、递减,循环往复。

    每一个tick对应1/SYSCLK 秒

    每次中断间隔时间为\(T_{INT}=ticks/CLK_{AHB}\)

  • 修改系统定时器中断优先级(非必要)

    NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
    
  • 对应中断函数(stm32f10x_it.c)

    void SysTick_Handler(void)
    {
        
    }