STM32-时钟配置与使用

0、前言

RCC-复位和时钟控制器

可以实现配置系统时钟SYSCLK，配置AHB(HCLK)总线时钟，配置外设APB1(PCLK1)和APB2(PCLK2)时钟

库函数的标准配置为PCLK2=HCLK=SYSCLK=PLLCLK=72M,PCLK1=HCLK/2=36M

系统初始化时会调用函数实现时钟配置。

#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) */

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

在system_stm32f10x.c文件中可更改宏定义改变系统时钟频率

#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

1、时钟树

主要时钟

HSE：高速外部时钟，可由有源晶振或无源晶振提供，4-16MHz

PLL以HSE为来源时可设置不分频或2分频
PLL：锁相环时钟源，可配置来自HSE或HSI/2
PLLCLK：锁相环时钟，可设置倍频[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]
SYSCLK：系统时钟
HCLK：AHB总线时钟，系统时钟经AHB预分频得到，分频因子[1,2,4,8,16,64,128,256,512]
PCLK1：APB1总线时钟，由HCLK通过低速APB1预分频得到，分频因子[1,2,4,8,16]
PCLK2：APB2总线时钟，由HCLK通过高速APB2预分频得到，分频因子[1,2,4,8,16]

其他时钟

USB时钟：由PLLCLK通过USB预分频器得到，分频因子[1,1.5]
Cortex系统时钟：由HCLK8分频得到，用来驱动内核的系统定时器SysTick
ADC时钟：由PCLK2经ADC预分频得到，分频因子[2,4,6,8]
RTC时钟：由HSE/128或LSE或LSI得到
MCO时钟：输出时钟，可由PLLCLK/2,HSI,HSE,SYSCLK配置

2、时钟配置

使用HSE配置系统时钟

1、开启HSE ，并等待 HSE 稳定
2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
3、设置PLL的时钟来源，和PLL的倍频因子，设置各种频率主要就是在这里设置
4、开启PLL，并等待PLL稳定
5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
6、读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟

/* 设置 系统时钟:SYSCLK, AHB总线时钟:HCLK, APB2总线时钟:PCLK2, APB1总线时钟:PCLK1
 * PCLK2 = HCLK = SYSCLK
 * PCLK1 = HCLK/2,最高只能是36M
 * 参数说明：pllmul是PLL的倍频因子，在调用的时候可以是：RCC_PLLMul_x , x:[2,3,...16]
 * 举例：HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);  则设置系统时钟为：8MHZ * 9 = 72MHZ
 *       HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_16); 则设置系统时钟为：8MHZ * 16 = 128MHZ，超频慎用
 *
 * HSE作为时钟来源，经过PLL倍频作为系统时钟，这是通常的做法
 */
void HSE_SetSysClock(uint32_t pllmul)
{
	__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStartUpStatus = 0;

	// 把RCC外设初始化成复位状态，这句是必须的
  	RCC_DeInit();

     //使能HSE，开启外部晶振，野火开发板用的是8M
     RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
     // 等待 HSE 启动稳定
     HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
     // 只有 HSE 稳定之后则继续往下执行
      if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
      {
        //----------------------------------------------------------------------//
         // 使能FLASH 预存取缓冲区
         FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
         // SYSCLK周期与闪存访问时间的比例设置，这里统一设置成2
         // 设置成2的时候，SYSCLK低于48M也可以工作，如果设置成0或者1的时候，
         // 如果配置的SYSCLK超出了范围的话，则会进入硬件错误，程序就死了
         // 0：0 < SYSCLK <= 24M
         // 1：24< SYSCLK <= 48M
         // 2：48< SYSCLK <= 72M
         FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
        //----------------------------------------------------------------------//
         // AHB预分频因子设置为1分频，HCLK = SYSCLK 
         RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); 
         // APB2预分频因子设置为1分频，PCLK2 = HCLK
         RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); 
         // APB1预分频因子设置为1分频，PCLK1 = HCLK/2 
         RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
        //-----------------设置各种频率主要就是在这里设置-------------------//
         // 设置PLL时钟来源为HSE，设置PLL倍频因子
         // PLLCLK = 8MHz * pllmul
         RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, pllmul);
        //------------------------------------------------------------------//
         // 开启PLL 
         RCC_PLLCmd(ENABLE);
         // 等待 PLL稳定
         while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
         {}
         // 当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
         RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        // 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
         while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
         {}
      }
      else
      { 
          // 如果HSE开启失败，那么程序就会来到这里，用户可在这里添加出错的代码处理
          // 当HSE开启失败或者故障的时候，单片机会自动把HSI设置为系统时钟，
          // HSI是内部的高速时钟，8MHZ
            while (1)
            {
            }
       }
}

使用HSI配置系统时钟

1、开启HSI ，并等待 HSI 稳定
2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
3、设置PLL的时钟来源，和PLL的倍频因子，设置各种频率主要就是在这里设置
4、开启PLL，并等待PLL稳定
5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
6、读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟

/* 设置 系统时钟:SYSCLK, AHB总线时钟:HCLK, APB2总线时钟:PCLK2, APB1总线时钟:PCLK1
 * PCLK2 = HCLK = SYSCLK
 * PCLK1 = HCLK/2,最高只能是36M
 * 参数说明：pllmul是PLL的倍频因子，在调用的时候可以是：RCC_PLLMul_x , x:[2,3,...16]
 * 举例：HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);  则设置系统时钟为：4MHZ * 9 = 72MHZ
 *       HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_16); 则设置系统时钟为：4MHZ * 16 = 64MHZ
 *
 * HSI作为时钟来源，经过PLL倍频作为系统时钟，这是在HSE故障的时候才使用的方法
 * HSI会因为温度等原因会有漂移，不稳定，一般不会用HSI作为时钟来源，除非是迫不得已的情况
 * 如果HSI要作为PLL时钟的来源的话，必须二分频之后才可以，即HSI/2，而PLL倍频因子最大只能是16
 * 所以当使用HSI的时候，SYSCLK最大只能是4M*16=64M
 */
void HSI_SetSysClock(uint32_t pllmul)
{
    __IO uint32_t HSIStartUpStatus = 0;
    // 把RCC外设初始化成复位状态，这句是必须的
    RCC_DeInit();

    //使能HSI
    RCC_HSICmd(ENABLE);
    // 等待 HSI 就绪
    HSIStartUpStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY;
    // 只有 HSI就绪之后则继续往下执行
    if (HSIStartUpStatus == RCC_CR_HSIRDY)
    {
//----------------------------------------------------------------------//
        // 使能FLASH 预存取缓冲区
        FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
        // SYSCLK周期与闪存访问时间的比例设置，这里统一设置成2
        // 设置成2的时候，SYSCLK低于48M也可以工作，如果设置成0或者1的时候，
        // 如果配置的SYSCLK超出了范围的话，则会进入硬件错误，程序就死了
        // 0：0 < SYSCLK <= 24M
        // 1：24< SYSCLK <= 48M
        // 2：48< SYSCLK <= 72M
        FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//----------------------------------------------------------------------//
        // AHB预分频因子设置为1分频，HCLK = SYSCLK
        RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
        // APB2预分频因子设置为1分频，PCLK2 = HCLK
        RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
        // APB1预分频因子设置为1分频，PCLK1 = HCLK/2
        RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
//-----------------设置各种频率主要就是在这里设置-------------------//
        // 设置PLL时钟来源为HSE，设置PLL倍频因子
        // PLLCLK = 4MHz * pllmul
        RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, pllmul);
//------------------------------------------------------------------//
        // 开启PLL
        RCC_PLLCmd(ENABLE);
        // 等待 PLL稳定
        while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
        {
        }
        // 当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
        RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        // 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
        while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
        {
        }
    }
    else
    {
        // 如果HSI开启失败，那么程序就会来到这里，用户可在这里添加出错的代码处理
        // 当HSE开启失败或者故障的时候，单片机会自动把HSI设置为系统时钟，
        // HSI是内部的高速时钟，8MHZ
        while (1)
        {
        }
    }
}

MCO输出

MCO GPIO初始化

/*
 * 初始化MCO引脚PA8
 * 在F1系列中MCO引脚只有一个，即PA8，在F4系列中，MCO引脚会有两个
 */
void MCO_GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // 开启GPIOA的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    // 选择GPIO8引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    //设置为复用功能推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    //设置IO的翻转速率为50M
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    // 初始化GPIOA8
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

输出

// MCO 引脚初始化
MCO_GPIO_Config();
// 设置MCO引脚输出时钟，用示波器即可在PA8测量到输出的时钟信号，
// 我们可以把PLLCLK/2作为MCO引脚的时钟来检测系统时钟是否配置准确
// MCO引脚输出可以是HSE,HSI,PLLCLK/2,SYSCLK
//RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSE);
//RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSI);
//RCC_MCOConfig(RCC_MCO_PLLCLK_Div2);
RCC_MCOConfig(RCC_MCO_SYSCLK);

Systick系统定时器

简介

SysTick——系统定时器是属于 CM3 内核中的一个外设，内嵌在 NVIC 中。

系统定时器是一个 24bit 的向下递减的计数器，计数器每计数一次的时间为 1/SYSCLK，一般我们设置系统时钟 SYSCLK 等于 72M。当重装载数值寄存器的值递减到 0 的时候，系统定时器就产生一次中断，以此循环往复。

因为 SysTick 是属于 CM3 内核的外设，所以所有基于 CM3 内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在 CM3 单片机中可以很容易的移植。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。

何不秉烛游