单片机入门学习八 STM32单片机学习五 时钟系统

单片机学习除了了解该篇 单片机入门学习五 STM32单片机学习二 跑马灯程序衍生出的stm32编程基础 中的基础外，我们还需要有时钟的概念，本篇将记录 stm32的时钟系统。

1、STM32时钟介绍
下面这幅图时stm32的时钟系统框图

1）蓝底框表示 时钟源，即：
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。(WDG看门狗 使用该时钟源)
④LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。（RTC实时时钟 使用该时钟源）
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。
其中HSE和LSE是通过单片机外部的晶振输入的，一共四个管脚，HSE的输入管脚是OSC_IN和OSC_OUT（通常为8M），
LSE的输入管脚对应的引脚为OSC32_IN和OSC32_OUT（32.768kHz）
2）梯形表示 选择器，例如：

梯形表示 SYSCLK系统时钟的来源可以使HSI RC、PLLCLK、HSE Osc（即HSI振荡器时钟、HSE振荡器时钟、PLL时钟）
3）绿色方框 表示 预分频器（prescaler）
4）该图片如何看，比如下图：

按照上图深红色 的路线来解释：PLL的时钟源 经过前面的选择器 假设为8MHz，经过PLL 9倍频后 PLLCLK的频率为72MHz，则经过选择器 SYSCLK（系统时钟）频率为72MHz，经过AHB分频器 1分频后 HCLK输出频率72MHz，经过APB1分频器 2分频后 PCLK1频率为36MHz； 经过APB2分频器 1分频后 PCLK2频率为72MHz。
5）时钟输出MCO脚（PA8），可以选择PLL输出的2分频、HSI、HSE或者系统时钟。

6）任何一个外设在使用之前，必须首先使能其相应的时钟。
7）需要记住几个重要的时钟
- SYSCLK（系统时钟）
- AHB总线时钟
- APB1总线时钟（低速），速度最高到36MHz
- APB2总线时钟（高速），速度最高到72MHz
- PLL时钟
下面贴一张《STM32中文手册》中的时钟图，该图和上面的图表示的意思是一致的，我们看看官方是如何展示 时钟框图的。

2、（时钟控制）RCC寄存器

typedef struct
{
  __IO uint32_t CR;        //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能和就绪标志位 
  __IO uint32_t CFGR;      //PLL等的时钟源选择，分频系数设定
  __IO uint32_t CIR;       //清除/使能 时钟就绪中断
  __IO uint32_t APB2RSTR;  //APB2线上外设复位寄存器
  __IO uint32_t APB1RSTR;  //APB1线上外设复位寄存器
  __IO uint32_t AHBENR;    //DMA，SDIO等时钟使能
  __IO uint32_t APB2ENR;   //APB2线上外设时钟使能
  __IO uint32_t APB1ENR;   //APB1线上外设时钟使能
  __IO uint32_t BDCR;      //备份域控制寄存器
  __IO uint32_t CSR;       //控制状态寄存器
} RCC_TypeDef;

上面是RCC寄存器的结构体定义，结构体中的每个变量的每一位代表什么需要我们参考《STM32中文手册》第6章的6.3小节 RCC寄存器描述来了解，现仅对一个变量CR贴出 参考手册 的描述，其余的就不列出了，参考手册即可。

3、系统时钟初始化
上面仅仅是对 时钟控制器 做了一个概念性的介绍，在编写程序时我们一般不直接操作 RCC_TypeDef结构体，而是调用相应的库函数来编程。
在此我们先看一下 库函数中 系统默认如何初始化这些 寄存器的，我们先看一段汇编程序，我们知道c中默认的程序入口是main函数，那main函数的如何调用的呢，我们先来看如下程序（该程序在startup_stm32f10x_hd.s中可以找到）：

; Reset handler
Reset_Handler   PROC
EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
IMPORT  __main
IMPORT  SystemInit
LDR     R0, =SystemInit
BLX     R0               
LDR     R0, =__main
BX      R0
ENDP

从上面的程序中可以看出 在main函数调用前，调用了SystemInit函数，该函数的定义可以在system_stm32f10x.c中找到，源码如下：

#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

/*!< Uncomment the following line if you need to use external SRAM mounted
     on STM3210E-EVAL board (STM32 High density and XL-density devices) or on 
     STM32100E-EVAL board (STM32 High-density value line devices) as data memory */ 
#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* #define DATA_IN_ExtSRAM */
#endif

/*******************************************************************************
*  Clock Definitions
*******************************************************************************/
#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) */
#else /*!< HSI Selected as System Clock source */
  uint32_t SystemCoreClock         = HSI_VALUE;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
#endif

__I uint8_t AHBPrescTable[16] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9};

static void SetSysClock(void);

/**
  * @brief  Setup the microcontroller system
  *         Initialize the Embedded Flash Interface, the PLL and update the 
  *         SystemCoreClock variable.
  * @note   This function should be used only after reset.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void SystemInit (void)
{
  /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
  /* Set HSION bit */
  RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

  /* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CL
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#else
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */   

  /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;

  /* Reset HSEBYP bit */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;

  /* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;

#ifdef STM32F10X_CL
  /* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;

  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x00FF0000;

  /* Reset CFGR2 register */
  RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x009F0000;

  /* Reset CFGR2 register */
  RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
#else
  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */

#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  #ifdef DATA_IN_ExtSRAM
    SystemInit_ExtMemCtl(); 
  #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif 

  /* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
  /* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
  SetSysClock();

#ifdef VECT_TAB_SRAM
  SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#else
  SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif 
}

/**
 * @brief  Configures the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers.
 * @param  None
 * @retval None
  */
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

 /* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock
    source (default after reset) */ 
}

1）从上面代码逐行往下看，我们知道我们前面的程序 定义的宏定义是 STM32F10X_HD，如下图
2）从而在初始化器确定了系统时钟频率为（72MHz）：‘#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000’
初始化智慧的状态为：

• SYSCLK 72MHz
• AHB 72MHz
• PCLK1 36MHz
• PCLK2 72MHz
• PLL 72MHz

3）SystemInit()函数的第一行代码RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;我们查手册 CR寄存器第一位置1，表示开启8MHz内部振荡器，后续的代码阅读如该句，都需要参照手册 来理解，在此不再说明。
4）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。

4、RCC寄存器配置库函数
上面了解了 stm32默认给我们配置的是 什么样的时钟源，若我们想自定义，则需要借助系统库函数来进行修改，则我需要用到 stm32f10x_rcc.h里定义的库函数

• 时钟使能配置:
  RCC_LSEConfig() 、RCC_HSEConfig()、
  RCC_HSICmd() 、 RCC_LSICmd() 、 RCC_PLLCmd() ……
• 时钟源相关配置：
  RCC_PLLConfig ()、 RCC_SYSCLKConfig() 、
  RCC_RTCCLKConfig() …
• 分频系数选择配置：
  RCC_HCLKConfig() 、 RCC_PCLK1Config() 、 RCC_PCLK2Config()…
• 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
• 其他外设时钟配置：
  RCC_ADCCLKConfig (); RCC_RTCCLKConfig();
• 状态参数获取参数：
  RCC_GetClocksFreq();
  RCC_GetSYSCLKSource();
  RCC_GetFlagStatus()
• RCC中断相关函数 :
  RCC_ITConfig() 、 RCC_GetITStatus() 、 RCC_ClearITPendingBit()…