day6 STM32时钟与定时器

STM32时钟系统的概述

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、振荡器不稳、停振等。

 常见振荡器简介

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振荡回路作为移相选频网络的正反馈振荡器。

晶体振荡器的振荡频率收石英晶体控制。

RC振荡器

RC振荡器是由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：实现成本比较低，毕竟就是一个电阻电容。

缺点：由于电阻电容的精度问题所以RC振荡器的振荡频率会有误差，同时受温度、湿度影响。

 

LC振荡器

LC振荡器使用一个电感（L）和一个电容（C）组成的电路。

工作原理是通过电感和电容之间的相互作用来产生振荡信号。

当电容充电时，它会储存能量，并通过电感释放能量。

LC振荡器的频率由电感和电容的数值决定。

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、计算机等各类振荡器电路中，以及在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特定系统提供基准信号

优点 ：相对来说振荡频率一般都比较稳定，同时精度也较高。

缺点：价格稍微较高，晶体振荡器一般还需要接两个15~33pf起振电容。

STM32F0时钟源介绍

STM32中有四个时钟源：

HSI：高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz；

HSE：高速外部时钟，可以石英 / 陶瓷振荡器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz

LSI：低速内部时钟，RC振荡器，频率为40KHz。独立看门狗时钟源智能是这个，还可以做RTC时钟源

LSE：低速外部时钟，接37.768KHz的石英晶体。主要是RTC的时钟源

STM32时钟树（部分）：

SysTick定时器

概念

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。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地，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。

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，就会触发一次中断。然后重新计数初值再减一计数，循环不断。

原理图

 SysTick寄存器

 

 SysTick定时器初始化

// Main中已经实现对SysTick定时器的初始化
void SystemClock_Config(void)
	HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);
	       SysTick_Config(TicksNumb);

 SysTick中断相关

 HAL_Delay()函数

 //利用SysTick实现精准的延时
__weak void HAL_Delay(__IO uint32_t Delay)
{
  uint32_t    tickstart = 0U;

  tickstart     = HAL_GetTick();
  while((HAL_GetTick() - tickstart) < Delay) ; 
}

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。

STM32通用定时器介绍

STM32F051xx系列器件包括多达6个通用定时器，1个基本定时器和1个高级定时器

 几种定时器功能比较

通用定时器TIMx功能

• 定时器定时计数
• 输入捕获
• 输出比较
• PWM输出
• 使用外部信号控制定时器和定时器互连的电路

高级定时器TIM1功能

• 通用定时器的功能
• 带死区控制和紧急刹车，可用于PWM控制电机

基本定时器TIM1功能

• 主要运用于定时计数以及驱动DAC

定时器计数模式

向上计数模式

计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR),然后重新从0开始计数并且产生一个计数器移除事件。

向下计数模式

计数器从自动装入的值（TIMx_ARR）开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件。

中央对齐模式（向上 / 向下计数）

计数器从0开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数。

 定时器计数原理

时钟源：定时器时钟TIMxCLK，即内部时钟CK_INT，经APB预分频器后分频提供

计数器时钟：定时器时钟经过PSC预分频器之后，即CK_CNT，用来驱动计数器计数

计数器CNT：是一个16位/32位的计数器

自动重装载寄存器：这里面装着计数器能计数的最大数值。当计数到这个值得时候，如果使能了中断的话，定时器就产生溢出中断

计时中断时间：1/(TIMxCLK/(PSC+1)) * (ARR+1)

 定时器输入捕获与输出比较

输入捕获：输入捕获可以用来捕获外部事件，比如引脚的电平变化（上升沿，下降沿），并记录下变化的时间，通常可以用来测量外部信号的频率或者电平持续的时间

 输出比较：此项功能是用来控制一个输出波形，当计数器与捕获/比较寄存器的内容相同时，输出比较功能做出相应动作，比如电平的翻转。通常用于生产PWM波形