初学stm32 --- 系统时钟配置
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 k 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。
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。
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。
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
在启动文件startup_stm32f10x_hd.s中配置自己的时钟初始化函数