stm32 时钟系统学习

http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20171113578546.html

一、在STM32中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

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。

④LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

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。

二、在STM32上如果不使用外部晶振，OSC_IN和OSC_OUT的接法：如果使用内部RC振荡器而不使用外部晶振，请按照下面方法处理：

①对于100脚或144脚的产品，OSC_IN应接地，OSC_OUT应悬空。
②对于少于100脚的产品，有2种接法：第1种：OSC_IN和OSC_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EMC性能；第2种：分别重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1，再配置PD0和PD1为推挽输出并输出'0'。此方法可以减小功耗并（相对上面）节省2个外部电阻。

三、用HSE时钟，程序设置时钟参数流程：

01、将RCC寄存器重新设置为默认值   RCC_DeInit;
02、打开外部高速时钟晶振HSE    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
03、等待外部高速时钟晶振工作    HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
04、设置AHB时钟         RCC_HCLKConfig;
05、设置高速AHB时钟     RCC_PCLK2Config;
06、设置低速速AHB时钟   RCC_PCLK1Config;
07、设置PLL              RCC_PLLConfig;
08、打开PLL              RCC_PLLCmd(ENABLE);
09、等待PLL工作   while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
10、设置系统时钟        RCC_SYSCLKConfig;
11、判断是否PLL是系统时钟     while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
12、打开要使用的外设时钟    RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()

四、下面是STM32软件固件库的程序中对RCC的配置函数(使用外部8MHz晶振)

/*******************************************************************************
* Function Name  : RCC_Configuration 
* Description    :  RCC配置(使用外部8MHz晶振)
* Input            : 无
* Output         : 无
* Return         : 无
*******************************************************************************/
void RCC_Configuration(void)

{
  RCC_DeInit();     /*将外设RCC寄存器重设为缺省值*/

  /*设置外部高速晶振（HSE）*/

  RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);   //RCC_HSE_ON——HSE晶振打开(ON)

  /*等待HSE起振*/

  HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

  if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)        //SUCCESS：HSE晶振稳定且就绪

  {

    /*设置AHB时钟（HCLK）*/ 

    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);  //RCC_SYSCLK_Div1——AHB时钟= 系统时钟

    /* 设置高速AHB时钟（PCLK2）*/ 

    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);   //RCC_HCLK_Div1——APB2时钟= HCLK

    /*设置低速AHB时钟（PCLK1）*/    

    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);   //RCC_HCLK_Div2——APB1时钟= HCLK / 2

    /*设置FLASH存储器延时时钟周期数*/

    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);    //FLASH_Latency_2  2延时周期

    /*选择FLASH预取指缓存的模式*/  

    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);       // 预取指缓存使能

    /*设置PLL时钟源及倍频系数*/ 

    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);     

    // PLL的输入时钟= HSE时钟频率；RCC_PLLMul_9——PLL输入时钟x 9

    RCC_PLLCmd(ENABLE);        /*使能PLL */

    /*检查指定的RCC标志位(PLL准备好标志)设置与否*/   

    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)      
    {}

    /*设置系统时钟（SYSCLK）*/ 

    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); 

    //RCC_SYSCLKSource_PLLCLK——选择PLL作为系统时钟

    /* PLL返回用作系统时钟的时钟源*/

    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)        //0x08：PLL作为系统时钟

    { 

    }
   }

   /*使能或者失能APB2外设时钟*/    
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | 
  RCC_APB2Periph_GPIOC , ENABLE); 
  //RCC_APB2Periph_GPIOA    GPIOA时钟
  //RCC_APB2Periph_GPIOB    GPIOB时钟
  //RCC_APB2Periph_GPIOC    GPIOC时钟
  //RCC_APB2Periph_GPIOD    GPIOD时钟
}

五、时钟频率

STM32F103内部8M的内部震荡，经过倍频后最高可以达到72M。目前TI的M3系列芯片最高频率可以达到80M。

在stm32固件库3.0中对时钟频率的选择进行了大大的简化，原先的一大堆操作都在后台进行。系统给出的函数为SystemInit()。但在调用前还需要进行一些宏定义的设置，具体的设置在system_stm32f10x.c文件中。

文件开头就有一个这样的定义: 
//#define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_Value 
//#define SYSCLK_FREQ_20MHz 20000000 
//#define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000 
//#define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000 
//#define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000 
#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000

ST 官方推荐的外接晶振是 8M,所以库函数的设置都是假定你的硬件已经接了 8M 晶振来运算的.以上东西就是默认晶振 8M 的时候,推荐的 CPU 频率选择.在这里选择了：
#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000 
也就是103系列能跑到的最大值72M

然后这个 C文件继续往下看 
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz 
const uint32_t SystemFrequency         = SYSCLK_FREQ_72MHz;    
const uint32_t SystemFrequency_SysClk = SYSCLK_FREQ_72MHz;    
const uint32_t SystemFrequency_AHBClk = SYSCLK_FREQ_72MHz;    
const uint32_t SystemFrequency_APB1Clk = (SYSCLK_FREQ_72MHz/2);
const uint32_t SystemFrequency_APB2Clk = SYSCLK_FREQ_72MHz;

这就是在定义了CPU跑72M的时候,各个系统的速度了.他们分别是:硬件频率,系统时钟,AHB总线频率,APB1总线频率,APB2总线频率.再往下看,看到这个了: 
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz 
static void SetSysClockTo72(void);

这就是定义 72M 的时候,设置时钟的函数.这个函数被 SetSysClock ()函数调用,而
SetSysClock ()函数则是被 SystemInit()函数调用.最后 SystemInit()函数,就是被你调用的了

所以设置系统时钟的流程就是: 
首先用户程序调用 SystemInit()函数,这是一个库函数,然后 SystemInit()函数里面,进行了一些寄存器必要的初始化后,就调用 SetSysClock()函数. SetSysClock()函数根据那个#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000 的宏定义,知道了要调用SetSysClockTo72()这个函数,于是,就一堆麻烦而复杂的设置~!@#$%^然后,CPU跑起来了,而且速度是 72M. 虽然说的有点累赘,但大家只需要知道,用户要设置频率,程序中就做的就两个事情:

第一个: system_stm32f10x.c 中 #define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000 
第二个:调用SystemInit()

 

 

正点原子,战舰板

 

在 STM32 中，有五个时钟源，为 HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。从时钟频率来分可以分为
高速时钟源和低速时钟源，在这 5 个中 HIS，HSE 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 5 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。我们的开发板接的是 8M 的晶振。

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/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。

上面我们简要概括了 STM32 的时钟源，那么这 5 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 2 分频、HSI、HSE、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 LSI，LSE，以及
HSE 的 128 分频。

C.  从图中可以看出 C 处 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 1 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.  D 处就是 STM32 的系统时钟 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 E 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 SYSCLK。SYSCLK 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 8 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)2、3、4 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、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3 等等，APB2 上面连接的是高速外设包
括 UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通 IO 口(PA~PE)、第二功能 IO 口等。

APB2 下面所挂的外设的时钟要比 APB1 的高。

在以上的时钟输出中，有很多是带使能控制的，例如 AHB 总线时钟、内核时钟、各种 APB1
外设、APB2 外设等等。当需要使用某模块时，记得一定要先使能对应的时钟。后面我们讲解
实例的时候回讲解到时钟使能的方法。
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，大家可以打开这个
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。在大家设置时钟的时候，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：

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
}

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 system_stm32f10x.c 文件
中设置的：

#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_HSE;
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_36MHz;
#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_48MHz;
#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_56MHz;
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_72MHz;
#else
uint32_t SystemCoreClock = HSI_VALUE;
#endif

这里总结一下 SystemInit()函数中设置的系统时钟大小：
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