普冉PY32系列(四) PY32F002A/003/030的时钟设置

目录

• 普冉PY32系列(一) PY32F0系列32位Cortex M0+ MCU简介
• 普冉PY32系列(二) Ubuntu GCC Toolchain和VSCode开发环境
• 普冉PY32系列(三) PY32F002A资源实测 - 这个型号不简单
• 普冉PY32系列(四) PY32F002A/003/030的时钟设置
• 普冉PY32系列(五) 使用JLink RTT代替串口输出日志
• 普冉PY32系列(六) 通过I2C接口驱动PCF8574扩展的1602LCD
• 普冉PY32系列(七) SOP8,SOP10,SOP16封装的PY32F002A/PY32F003管脚复用
• 普冉PY32系列(八) GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XN297LBW
• 普冉PY32系列(九) GPIO模拟和硬件SPI方式驱动无线收发芯片XL2400
• 普冉PY32系列(十) 基于PY32F002A的6+1通道遥控小车I - 综述篇
• 普冉PY32系列(十一) 基于PY32F002A的6+1通道遥控小车II - 控制篇
• 普冉PY32系列(十二) 基于PY32F002A的6+1通道遥控小车III - 驱动篇
• 普冉PY32系列(十三) SPI驱动WS2812全彩LED
• 普冉PY32系列(十四) 从XL2400迁移到XL2400P
• 普冉PY32系列(十五) PY32F0系列的低功耗模式

PY32F030 的系统时钟

PY32F002A, PY32F003, PY32F030 三个系列硬件相同, 代码通用. 下面以 PY32F030的时钟树结构为例说明

从图中可以看到内部时钟有32KHz和24MHz(从代码上看其实是8MHz),外部时钟是直接接入, PLL只有2倍(按PY32F072的PLL寄存器试过, 写入无效, 因此没法做再高的倍频了).

使用外置晶振时如果要达到标称的48MHz, 晶振频率就必须用24MHz, 而不是常见的8MHz了. 在示例代码中有备注在PLL启用时, 外置晶振的频率需要大于12MHz, 因此外部晶振的频率可以选择的是12MHz - 24MHz, 更低的频率应该也行就是不能上PLL.

系统时钟和DMA时钟都是通过 AHB 分频, 其它的外设通过 APB 再次分频.

时钟设置代码

以下区分HAL和LL外设库, 对内置高速振荡源和外置高速晶振分别说明

使用内置高速振荡源

内部高速时钟频率为24MHz, 可选的频率有4MHz, 8MHz, 16MHz, 22.12MHz 和 24MHz, 这些是通过寄存器还原出厂校准的RC值设置达到的. 可以通过调整这些值调节频率.

使用HAL外设库, 24MHz

首先是在 py32f0xx_hal_conf.h 中设置 HSI_VALUE, 默认是8MHz, 这个不需要改

#if !defined  (HSI_VALUE) 
  #define HSI_VALUE              ((uint32_t)8000000)     /*!< Value of the Internal oscillator in Hz */
#endif /* HSI_VALUE */

然后在代码中

static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  // 设置振荡源类型
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE
                                    | RCC_OSCILLATORTYPE_HSI
                                    | RCC_OSCILLATORTYPE_LSE
                                    | RCC_OSCILLATORTYPE_LSI;
  // 开启内部高速时钟
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  // 设置内部高速时钟频率为24MHz
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_24MHz;
  // 内部高速时钟不分频, 分频系数可以设置为 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128
  RCC_OscInitStruct.HSIDiv = RCC_HSI_DIV1;
  // 关闭其它时钟: 外置高速, 内置低速, 外置低速
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_OFF;
  RCC_OscInitStruct.LSIState = RCC_LSI_OFF;
  RCC_OscInitStruct.LSEState = RCC_LSE_OFF;
  // 关闭PLL
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_OFF;
  // 应用设置
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }
  // 修改时钟后, 重新初始化 AHB,APB 时钟
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK
                                | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                                | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1;
  // 设置 SYSCLK 时钟源为内部高速时钟
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
  // AHB 不分频
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  // APB 不分频
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  // 启用设置, flash等待时间为0
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }
}

对于flash的等待时间, 普冉的示例代码中的建议是 小于等于24MHz的使用0, 大于24MHz的使用1

   * -- clock <= 24MHz: FLASH_LATENCY_0
   * -- clock > 24MHz:  FLASH_LATENCY_1

使用LL外设库, 24MHz

static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  // 启用内部高速振荡源
  LL_RCC_HSI_Enable();
  // 校准为 24MHz
  LL_RCC_HSI_SetCalibFreq(LL_RCC_HSICALIBRATION_24MHz);
  // 等待稳定标志位
  while(LL_RCC_HSI_IsReady() != 1);
  // 设置 AHB 不分频
  LL_RCC_SetAHBPrescaler(LL_RCC_SYSCLK_DIV_1);
  // 设置系统时钟源为内部高速时钟
  LL_RCC_SetSysClkSource(LL_RCC_SYS_CLKSOURCE_HSISYS);
  // 等待设置完成
  while(LL_RCC_GetSysClkSource() != LL_RCC_SYS_CLKSOURCE_STATUS_HSISYS);
  // 设置flash等待时间
  LL_FLASH_SetLatency(LL_FLASH_LATENCY_0);
  // 设置APB 不分频
  LL_RCC_SetAPB1Prescaler(LL_RCC_APB1_DIV_1);
  /* 更新全局变量 SystemCoreClock(或者通过函数 SystemCoreClockUpdate) */
  LL_SetSystemCoreClock(24000000);
  /* 更新 SysTick 的时钟源设置, 频率为24MHz */
  LL_InitTick(24000000, 1000U);
}

使用内置晶振带PLL

PLL带2倍频, 可以将24MHz的内置/外置频率翻倍成48MHz. 手册上 PY32F030的最高工作频率. 实际上 PY32F002A 和 PY32F003 工作在这个频率上也毫无问题.

使用HAL外设库, 48MHz

首先在 py32f0xx_hal_conf.h 中设置 HSI_VALUE, 默认是8MHz 不需要改

#if !defined  (HSI_VALUE) 
  #define HSI_VALUE              ((uint32_t)8000000)     /*!< Value of the Internal oscillator in Hz */
#endif /* HSI_VALUE */

然后在代码中

static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE
                                    | RCC_OSCILLATORTYPE_HSI
                                    | RCC_OSCILLATORTYPE_LSE
                                    | RCC_OSCILLATORTYPE_LSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;                            /* HSI ON */
  RCC_OscInitStruct.HSIDiv = RCC_HSI_DIV1;                            /* No division */
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_16MHz;   /* HSI =16MHz */
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_OFF;                           /* OFF */
  RCC_OscInitStruct.HSEFreq = RCC_HSE_16_32MHz;
  RCC_OscInitStruct.LSIState = RCC_LSI_OFF;                           /* OFF */
  RCC_OscInitStruct.LSEState = RCC_LSE_OFF;                           /* OFF */
  // 以上部分和使用HSI作为时钟源是一样的, 以下是PLL相关的设置, 首先是开启PLL
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  // 将PLL时钟源设置为内部高速, HSI频率需要高于12MHz
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
  // 应用设置
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }
  // 设置系统时钟
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1;
  // 设置PLL为系统时钟源
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  // AHB 不分频
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  // APB 不分频
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  // 应用设置
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_1) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }
}

使用LL外设库, 48MHz

LL外设库的PLL设置比较简洁

static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  LL_UTILS_ClkInitTypeDef UTILS_ClkInitStruct;
  // 启用内部高速
  LL_RCC_HSI_Enable();
  // 设置为24MHz, 这里可以微调频率, 值越大频率越快
  LL_RCC_HSI_SetCalibFreq(LL_RCC_HSICALIBRATION_24MHz + 15);
  // 等待稳定
  while (LL_RCC_HSI_IsReady() != 1);
  // AHB 不分频
  UTILS_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = LL_RCC_SYSCLK_DIV_1;
  // APB 不分频
  UTILS_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = LL_RCC_APB1_DIV_1;
  // 设置系统时钟源为PLL+HSI, 注意这个方法名 
  LL_PLL_ConfigSystemClock_HSI(&UTILS_ClkInitStruct);
  // 更新 SysTick的设置
  LL_InitTick(48000000, 1000U);
}

使用外部晶振

不开PLL时, 外部晶振支持的最大频率为32MHz. 用32MHz的晶振测试过没问题, 再高无法运行(去掉代码中的限制测过了). 以下代码基于24MHz的外部晶振, 如果使用其它频率的晶振要对应调整.

使用HAL外设库, 24MHz

首先是在 py32f0xx_hal_conf.h 中设置 HSE_VALUE, 使用的是24MHz的晶振, 这里设置为 24000000

#if !defined  (HSE_VALUE) 
  #define HSE_VALUE              ((uint32_t)24000000) /*!< Value of the External oscillator in Hz */
#endif /* HSE_VALUE */

然后在代码中

static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  // 启用外部高速晶振
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  // 频率范围为 16-32MHz
  RCC_OscInitStruct.HSEFreq = RCC_HSE_16_32MHz;
  // 应用设置
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1;
  // 设置时钟源为外部高速晶振
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSE;
  // AHB 和 APB 都不分频
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  /* 
   * Re-initialize RCC clock
   * -- clock <= 24MHz: FLASH_LATENCY_0
   * -- clock > 24MHz:  FLASH_LATENCY_1
   */
  // 应用设置
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }
}

使用LL外设库, 24MHz

static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  // 启用外部高速晶振
  LL_RCC_HSE_Enable();
  // 设置频率范围为 16 - 32MHz
  LL_RCC_HSE_SetFreqRegion(LL_RCC_HSE_16_32MHz);
  // 等待稳定
  while(LL_RCC_HSE_IsReady() != 1);
  // 设置 AHB 为不分频
  LL_RCC_SetAHBPrescaler(LL_RCC_SYSCLK_DIV_1);
  // 设置系统时钟源为外部高速晶振
  LL_RCC_SetSysClkSource(LL_RCC_SYS_CLKSOURCE_HSE);
  // 等待稳定
  while(LL_RCC_GetSysClkSource() != LL_RCC_SYS_CLKSOURCE_STATUS_HSE);
  // 设置 APB 不分频
  LL_RCC_SetAPB1Prescaler(LL_RCC_APB1_DIV_1);
  // 更新系统时钟值
  /* Update global SystemCoreClock(or through SystemCoreClockUpdate function) */
  LL_SetSystemCoreClock(HSE_VALUE);
  // 更新 SysTick
  /* Re-init frequency of SysTick source */
  LL_InitTick(HSE_VALUE, 1000U);
}

使用外部晶振带PLL

开启PLL后, 外部晶振支持的最大频率为24MHz, 倍频后为48MHz. 实测如果外接32MHz晶振再开启PLL, 去掉了代码中的频率限制, 无法运行, 可能还有其它限制没有移除干净, 有网友说最高可以跑到96MHz, 不清楚如何实现的.

使用HAL外设库, 48MHz

首先是在 py32f0xx_hal_conf.h 中设置 HSE_VALUE, 使用的是24MHz的晶振, 这里设置为 24000000

#if !defined  (HSE_VALUE) 
  #define HSE_VALUE              ((uint32_t)24000000) /*!< Value of the External oscillator in Hz */
#endif /* HSE_VALUE */

然后在代码中

static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;                            /* Turn on HSE */
  RCC_OscInitStruct.HSEFreq = RCC_HSE_16_32MHz;                       /* HSE frequency range */
  // 开启 PLL
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  // 设置 PLL 时钟源为外部高速晶振
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  // 应用设置
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1;
  // 设置系统时钟源为PLL
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  // AHB和APB都不分频
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;                  /* APH no division */
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;                   /* APB no division */
  /* 
   * Re-initialize RCC clock
   * -- clock <= 24MHz: FLASH_LATENCY_0
   * -- clock > 24MHz:  FLASH_LATENCY_1
   */
  // 应用设置
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_1) != HAL_OK)
  {
    APP_ErrorHandler();
  }
}

使用LL外设库, 48MHz

static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  LL_UTILS_ClkInitTypeDef UTILS_ClkInitStruct;
  // 启用外部高速晶振
  LL_RCC_HSE_Enable();
  // 设置频率范围
  LL_RCC_HSE_SetFreqRegion(LL_RCC_HSE_16_32MHz);
  // 等待稳定
  while(LL_RCC_HSE_IsReady() != 1);

  // 设置 AHB 不分频, APB 不分频
  UTILS_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = LL_RCC_SYSCLK_DIV_1;
  UTILS_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = LL_RCC_APB1_DIV_1;
  // 设置系统时钟源为外部高速晶振, 关闭 BYPASS (BYPASS开启后外部时钟源将会通过 PF0 输入到芯片内部，PF1 作为 GPIO 使用)
  LL_PLL_ConfigSystemClock_HSE(24000000U, LL_UTILS_HSEBYPASS_OFF, &UTILS_ClkInitStruct);

  /* Re-init frequency of SysTick source, reload = freq/ticks = 48000000/1000 = 48000 */
  // 更新 SysTick
  LL_InitTick(48000000, 1000U);
}

示例代码

上面的代码已经放到仓库

• HAL外设库的示例
  • https://github.com/IOsetting/py32f0-template/tree/main/Examples/PY32F0xx/HAL/RCC
• LL外设库
  • https://github.com/IOsetting/py32f0-template/tree/main/Examples/PY32F0xx/LL/RCC

最后

PY32F002A/003/030的内置高速时钟精度一般, 出厂预设校准值对应的时钟基本上每秒都会偏慢10到15个毫秒, 如果把手按上去让芯片升温, 能看到间隔明显变小. 也许这些芯片出厂校准的环境温度较高, 而我测试的正好在冬天温度偏低. 如果需要较高精度的, 建议使用外置晶振.