物联网ARM开发-6STM32系统时钟
前言：本文章针对stm32系统时钟、时钟配置、systick定时器、库函数HAL_Delay函数进行了讲解。比较重要得内容是systick中断作用，以后再实时操作系统中会常常用到。另外HAl_Delay延时函数使用得实时有个局限性，因为它是通过中断方式实现得，而systick中断优先级最低，在中断中运行HAL_Delay会导致死锁的现象，很多时候我们需要自己重写一个延时函数。
目录
一、系统时钟概述
1、时钟系统的概念及意义
2、常见振荡器介绍
3、时钟树分析
二、STM32时钟配置实例
1、硬件原理图分析
2、cubmx配置
3、启动函数分析
4、操作实现
三、Systick定时器讲解
1、简介
2、定时器工作原理分析
3、寄存器
4、定时器使用实例
四、HAL_Delay函数的实现
1、HAL_Delay()分析
2、HAL_Delay() 的局限
一、系统时钟概述
1、时钟系统的概念及意义
概念：
时钟系统是由振荡器（信号源）、定时唤醒器、分频器等组成的电路。
常用的信号源有晶体振荡器和RC振荡器。
意义：
时钟是嵌入式系统的脉搏，处理器内核在时钟驱动下完成指令执行，状态变换等动作，外设部件在时钟的驱动下完成各种工作，比如串口数据的发送、A/D转换、定时器计数等等。因此时钟对于计算机系统是至关重要的，通常时钟系统出现问题也是致命的，比如振荡器不起振、振荡不稳、停振等。
2、常见振荡器介绍
概念：
振荡器是用来产生重复电子讯号的电子元件。其构成的电路叫振荡电路，能将直流电转换为具有一定频率交流信号输出的电子电路或装置。
分类：
振荡器主要分为RC，LC振荡器和晶体振荡器。RC振荡器是采用RC网络作为选频移相网络的振荡器。LC振荡器是采用LC振荡回路作为移相和选频网络的正反馈振荡器。晶体振荡器的振荡频率受石英晶体控制。
（1）RC振荡器
RC振荡器是又电阻电容构成的振荡电路，能将直流电转换为具有一定频率交流信号输出的电子电路或装置。
优点实现的成本比较低，毕竟就是一个电阻电容 。
缺点是由于电阻电容的精度问题所以RC振荡器的震荡频率会有误差，同时受到温度、湿度的影响
（2）晶体振荡器
石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号
优点是相对来说震荡频率一般都比较稳定,同时精度也较高
缺点就是价格要稍微高点了，还有用晶体振荡器一般还需要接两个15-33pF起振电容
3、时钟树分析
STM32 中主要有四个时钟源
- HSI：高速内部时钟，RC振荡器，频率为16MHz；
- HSE：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~26MHz，我们开发板是8MHz
- LSI：低速内部时钟，RC 振荡器，频率为 32kHz 左右。供独立看门狗和自动唤醒单元使用。
- LSE：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
（2）复位和时钟控制 (RCC)
RCC TypeDef结构体介绍
根据中文参考手册，RCC的存储器映射是0x3800（U代表无符号） ，通过这个机构体，我们可以更方便的配置RCC寄存器。
二、STM32时钟配置实例
实验要求： 配置STM32F407的时钟，并对比STM32时钟配置前后LED外设闪烁的快慢
1、硬件原理图分析
我们用到led和uart串口，并使能rcc。
2、cubmx配置
3、启动函数分析
void SystemInit(void)
System_stm32f4xx.c中定义，在系统启动之后，程序会先执行 HAL 库定义的 SystemInit 函数，进行系统一些初始化配置，复位 RCC 时钟配置为默认复位值（默认开启 HSI）
void SystemClock_Config(void)
在main.c中定义，实现系统时钟的具体配置，配置PLL, 配置AHB和APB1,APB2的时钟
STM32F4 的外设在使用之前，必须对时钟进行使能，如果没有使能时钟，那么外设是无法正常工作的。
在 STM32F4 的 HAL 库中，外设时钟使能操作都是在 RCC 相关固件库文件头文件 stm32f4xx_hal_rcc.h 定义的。大家打开 stm32f4xx_hal_rcc.h 头文件可以看到文件中除了少数几 个函数声明之外大部分都是宏定义标识符。外设时钟使能在 HAL 库中都是通过宏定义标识符 来实现的
4、操作实现
自写一个MyDelay的函数，目的观察配置时钟前后led闪烁频率得变化。
void My_Delay(uint32_t time){
uint32_t i,j;
for(i = 0; i < time; i++){
for(j=0 ; j<5000;j++);
}
}
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
*
* @retval None
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF,GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET); //亮
My_Delay(500);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF,GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET); //灭
My_Delay(500);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}三、Systick定时器讲解
1、简介
- 定时器，能够定时、计数的器件称为定时器
- SysTick, 称作系统滴答定时器，简称滴答定时器。是一个定时设备，位于Cortex-M0内核中，可以对输入的时钟进行计数，当然，如果时钟信号是周期性的，计数也就是计时。
- 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。根据这个中断，系统就可以实现时间片的计算从而切换进程。
2、定时器工作原理分析
工作原理
滴答定时器是一个24位定时器，也就是最多能计数2^24。在使用的时候，我们一般给计数器送一个初始的计数值，计数器向下计数，每来一个时钟信号，计数初值就减一，计数值减到0的时候，就会发出一次中断。然后重新从计数初值再减一计数，循环不断。
默认使能systick
3、寄存器
4、定时器使用实例
Main中已经实现对SysTick定时器的初始化void SystemClock_Config(void)
在core_cm4.h定义了SysTick_Config(uint32_t ticks)
启动文件最后一个就是定时器触发的中断，这个回调函数
作用1：可以用户自己写
作用2：如果带操作系统，就需要用到这个函数。
可以重写函数测试打印
.
实验效果：定时打印
四、HAL_Delay函数的实现
1、HAL_Delay()分析
利用SysTick实现精准的延时
__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
uint32_t wait = Delay;
/*增加一个频率以保证最小的等待 */
if (wait < HAL_MAX_DELAY)
{
wait += (uint32_t)(uwTickFreq);
}
while((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)
{
}
}
2、HAL_Delay() 的局限
HAL库的延时函数有一个局限性，在中断服务函数中使用HAL_Delay会引起混乱，因为它是通过中断方式实现，而 Systick 的中断一般操作系统优先级是最低的，所以在中断中运行 HAL_Delay会导致死锁的现象。