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分类: 嵌入式

2014-01-16 14:31:02

众所周知,时钟系统是 CPU 的脉搏,就像人的心跳一样。所以时钟系统的重要性就不言而喻了。   STM32 的时钟系统比较复杂,不像简单的 51 单片机一个系统时钟就可以解决一切。于是有人要问,采用一个系统时钟不是很简单吗?为什么 STM32 要有多个时钟源呢?  因为首先STM32 本身非常复杂,外设非常的多,但是并不是所有外设都需要系统时钟这么高的频率,比如看门狗以及 RTC 只需要几十 的时钟即可。同一个电路,时钟越快功耗越大,同时抗电磁干扰能力也会越弱,所以对于较为复杂的 MCU 一般都是采取多时钟源的方法来解决这些问题。首先让我们来看看 STM32 的时钟系统图吧: 

在 STM32 中,有五个时钟源,为 HSIHSELSILSEPLL。从时钟频率来分可以分为高速时钟源低速时钟源,在这 个中 HISHSE 以及 PLL 是高速时钟LSI 和 LSE 是低速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源,外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获取时钟源,其中 HSE 和 LSE 是外部时钟源,其他的是内部时钟源。下面我们看看 STM32 的 个时钟源,我们讲解顺序是按图中红圈标示的顺序:

①、HSI 是高速内部时钟,RC 振荡器,频率为 8MHz

②、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,频率范围为4MHz~16MHz

③、LSI 是低速内部时钟,RC 振荡器,频率为 40kHz独立看门狗的时钟源只能是 LSI,同时 LSI 还可以作为 RTC 的时钟源。

④、LSE 是低速外部时钟,接频率为 32.768kHz 的石英晶体。这个主要是 RTC 的时钟源。

⑤、PLL 为锁相环倍频输出,其时钟输入源可选择为 HSI/2HSE 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

那么这 个时钟源是怎么给各个外设以及系统提供时钟的呢?这里我们将一一讲解。我们还是从图的下方讲解起吧,因为下方比较简单。图中我们用 A  ~E 标示我们要讲解的地方。

A.  MCO 是 STM32 的一个时钟输出 IO(PA8),它可以选择一个时钟信号输出,可以选择为 PLL 输出的 分频、HSIHSE、或者系统时钟。这个时钟可以用来给外部其他系统提供时钟源。

B.  这里是 RTC 时钟源,从图上可以看出,RTC 的时钟源可以选择 LSILSE,以及HSE 的 128 分频。

C. 从图中可以看出  USB 的时钟是来自 PLL 时钟源。 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 输出端获取,可以选择为 1.5 分频或者 分频,也就是,当需要使用 USB模块时,PLL 必须使能,并且时钟频率配置为 48MHz 或 72MHz

D. 处就是 STM32 系统时钟 SYSCLK,它是供 STM32 中绝大部分部件工作的时钟源。 系统时钟可选择为 PLL 输出、 HSI 或者 HSE系统时钟最大频率为 72MHz,当然你也可以超频,不过一般情况为了系统稳定性是没有必要冒风险去超频的。

E. 这里的 处是指其他所有外设了。从时钟图上可以看出,其他所有外设的时钟最终来源都是 SYSCLKSYSCLK 通过 AHB 分频器分频后送给各模块使用。这些模块包括:

①、AHB 总线、内核、内存和 DMA 使用的 HCLK 时钟。

②、通过 分频后送给 Cortex 的系统定时器时钟,也就是 systick 了。

③、直接送给 Cortex 的空闲运行时钟 FCLK

④、送给 APB1 分频器。APB1 分频器输出一路供 APB1 外设使用(PCLK1,最大频率 36MHz),另一路送给定时器(Timer)23倍频器使用。

⑤、送给 APB2 分频器。APB2 分频器分频输出一路供 APB2 外设使用(PCLK2,最大频率 72MHz),另一路送给定时器(Timer)1 倍频器使用。

其中需要理解的是 APB1 和 APB2 的区别,APB1 上面连接的是低速外设,包括电源接口、备份接口、CANUSBI2C1I2C2UART2UART3 等等,APB2 上面连接的是高速外设包括 UART1SPI1Timer1ADC1ADC2、所有普通 IO (PA~PE)、第二功能 IO 口等。

STM32 时钟系统的配置除了初始化的时候在 system_stm32f10x.c 中的 SystemInit()函数中外,其他的配置主要在 stm32f10x_rcc.c 文件中,里面有很多时钟设置函数,可以打开这个文件浏览一下,基本上看看函数的名称就知道这个函数的作用。在设置时钟的时候,一定要仔细参考 STM32 的时钟图,做到心中有数。这里需要指明一下,对于系统时钟,默认情况下是在 SystemInit 函数的 SetSysClock()函数中间判断的,而设置是通过宏定义设置的。我们可以看看 SetSysClock()函数体:

点击(此处)折叠或打开

  1. tatic void SetSysClock(void)
  2. {
  3.   #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
  4.       SetSysClockToHSE();
  5.   #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
  6.       SetSysClockTo24();
  7.   #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
  8.       SetSysClockTo36();
  9.   #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
  10.       SetSysClockTo48();
  11.   #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
  12.       SetSysClockTo56();
  13.   #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
  14.       SetSysClockTo72();
  15.   #endif
  16. }

这段代码非常简单,就是判断系统宏定义的时钟是多少,然后设置相应值。我们系统默认宏定义是 72MHz:

#define SYSCLK_FREQ_72MHz   72000000

如果你要设置为 36MHz,只需要注释掉上面代码,然后加入下面代码即可:

#define SYSCLK_FREQ_36MHz   36000000

同时还要注意的是,当我们设置好系统时钟后,可以通过变量 SystemCoreClock 获取系统时钟值,如果系统是 72M 时钟,那么 SystemCoreClock=72000000。这是在 

点击(此处)折叠或打开

  1.    system_stm32f10x.c 文件中设置的:
  2.    #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
  3.      uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_HSE;
  4.    #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
  5.      uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_36MHz;
  6.    #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
  7.      uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_48MHz;
  8.    #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
  9.      uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_56MHz;
  10.    #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
  11.      uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_72MHz;
  12.    #else
  13.      uint32_t SystemCoreClock = HSI_VALUE;
  14.    #endif

 系统时钟系统初始化重要函数:SystemInit(); 使用V3.5版本的库函数,该函数在系统启动之后会自动调用:      

 初始化之前首先通过宏定义定义系统时钟频率:

     #define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000

 初始化之后的状态:     

SYSCLK(系统时钟)         =72MHz

AHB 总线时钟(使用 SYSCLK)  =72MHz

APB1 总线时钟(PCLK1)    =36MHz

APB2 总线时钟(PCLK2)    =72MHz

PLL 时钟              =72MHz

 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

RCC配置相关头文件和固件库源文件

1、时钟使能配置:

      RCC_LSEConfig() RCC_HSEConfig()

      RCC_HSICmd() 、 RCC_LSICmd() 、 RCC_PLLCmd() ……

2、时钟源相关配置:

      RCC_PLLConfig ()、 RCC_SYSCLKConfig() 、 RCC_RTCCLKConfig() 

3、分频系数选择配置:

      RCC_HCLKConfig() 、 RCC_PCLK1Config() 、 RCC_PCLK2Config()

4、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

5.  其他外设时钟配置:

     RCC_ADCCLKConfig ();  RCC_RTCCLKConfig();

6、状态参数获取参数:

     RCC_GetClocksFreq();

     RCC_GetSYSCLKSource();

     RCC_GetFlagStatus()

7.  RCC中断相关函数 :

     RCC_ITConfig() 、 RCC_GetITStatus() 、 RCC_ClearITPendingBit()


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给主人留下些什么吧!~~

slyer19922017-06-06 10:45:19

非常详细,谢谢分享。