什么是时钟树架构

描述

2.1 时钟树结构图

STM32属于Cortex-M3内核的单片机,时钟结构比之前的51单片机较复杂的多,根据数据手册,STM32F103的时钟结构如下图所示。

Cortex-M3

根据上图可以看到,STM32F103系列单片机具有4个时钟源,内部的8MHz时钟发生器,外部的晶体振荡器接口,最高支持16MHz,外部的32.768kHz晶体振荡器接口和内部的40kHz时钟发生器,其中32.768kHz和40kHz主要用于内部RTC时钟脉冲,8MHz的晶振通过PLL时钟倍乘器,将系统总线时钟提高为72MHz。

   STM32F103系列内部具有2条外设时钟总线,APB1和APB2,其中APB2的时钟最高可达72MHz,APB1的时钟最高可达36MHz,通过配置对应的寄存器,就可以将CPU内核时钟提高到最大速度。

   通过最小系统可以看到,我们使用外部高速晶体振荡器接口,外接8MHz晶振,RTC则是使用32.768kHz晶振,现在我们来通过数据手册来配置对应的寄存器位来配置APB2时钟达到72MHz,APB1时钟达到36MHz。

2.2 时钟配置

Cortex-M3

上图是ST公司推出的一款软件,这款软件可以自动生成寄存器代码,但是我们在这里只用到其中提供的时钟配置功能,通过上面的时钟结构,我们可以得到配置时钟的大概流程。

2.2.1 时钟配置流程

(1)开启HSE时钟接口,这个接口用于使能晶体振荡器输入端;

(2)设置PLL倍频系数为9,因为外接8MHz时钟,所以设置系数为9就可以轻松达到8×9=72MHz的时钟频率;

(3)设置时钟源为PLLCLK,因为HSE使用的时候可以发现最终的输出就是PLL时钟脉冲;

(4)设置APB1时钟总线的分频系数为2,因为APB1时钟总线最高频率只有36MHz;

(5)设置APB2时钟总线的分频系数为1。

2.2.2 相关寄存器

(1) 时钟控制寄存器 :RCC_CR

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
- PLLRDY PLLON - CSSON HSEBYP HSERDY HSEON
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
HSICAL[7:0] HSITRIM[4:0] - HISRDY HISON

Bit 25:PLL准备状态

0:PLL解锁

          1:PLL锁定

Bit 24:PLL使能

0:PLL关闭

          1:PLL打开

Bit 19:时钟安全系统开关

0:时钟保护关闭

          1:时钟保护打开

Bit 18:HSE旁路(禁用HSE振荡器时才能写入)

0:HSE禁止旁路

          1:HSE打开旁路

Bit 17:HSE准备状态

0:HSE未准备好

          1:HSE准备完毕

Bit 16:HSE时钟使能

0:HSE时钟关闭

          1:HSE时钟打开

Bit 15~ Bit 8:HSI校准值(这个值在启动的时候自动初始化)

Bit 7~ Bit 3:HSI微调(对其进行编程以适应电压和温度的变化影响内部HSI的频率。初始值16,步长约为40kHz)

Bit 1:HSI准备状态

0:HIS未准备好

          1:HSI准备完毕

Bit 0:HSI时钟使能

0:HIS时钟关闭

          1:HSI时钟开启

(2) 时钟配置寄存器 :RCC_CFGR

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
- MCO[2:0] - USBPRE PLLMUL[3:0] PLLXTPRE PLLSRC
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
ADCPRE[1:0] PPRE2[2:0] PPRE1[2:0] HPRE[3:0] SWS[1:0] SW[1:0]

Bit 26~Bit 24:芯片时钟输出

0xx:禁止输出

          100:选择系统时钟SYSCLK

          101:选择HSI时钟

          110:选择HSE时钟

          111:选择PLL分频输出(2分频)

Bit 22:USB时钟分频系数

0:PLL时钟1.5分频作为USB时钟

          1:PLL时钟不分频作为USB时钟

Bit 21~Bit 18:PLL倍频系数

0000:2倍频

          0001:3倍频

          0010:4倍频

          0011:5倍频

          0100:6倍频

          0101:7倍频

          0110:8倍频

          0111:9倍频

          1000:10倍频

          1001:11倍频

          1010:12倍频

          1011:13倍频

          1100:14倍频

          1101:15倍频

          1110:16倍频

          1111:16倍频

Bit 17:HSE输入分频器

0:HSE输入不分频

          1:HSE输入2分频

Bit 16:PLL时钟选择(PLL处于禁止模式才能写入)

0:HSI时钟2分频作为PLL时钟输入

          1:HSE作为PLL时钟输入

Bit 15~Bit 14:ADC分频系数

00:PCLK2分频系数为2

          01:PCLK2分频系数为4

          10:PCLK2分频系数为6

          11:PCLK2分频系数为8

Bit 13~Bit 11:APB2分频系数(最高可达72MHz)

0xx:HCLK不分频

          100:HCLK分频系数为2

          101:HCLK分频系数为4

          110:HCLK分频系数为8

          111:HCLK分频系数为16

Bit 10~Bit 8:APB1分频系数(最高只能达到36MHz)

0xx:HCLK不分频

          100:HCLK分频系数为2

          101:HCLK分频系数为4

          110:HCLK分频系数为8

          111:HCLK分频系数为16

Bit 7~Bit 4:AHB总线预分频系数

0xxx:SYSCLK不分频

          1000:SYSCLK分频系数为2

          1001:SYSCLK分频系数为4

          1010:SYSCLK分频系数为8

          1011:SYSCLK分频系数为16

          1100:SYSCLK分频系数为64

          1101:SYSCLK分频系数为128

          1110:SYSCLK分频系数为256

          1111:SYSCLK分频系数为512

Bit 3~Bit 2:系统时钟选择状态

00:HSI作为系统时钟

          01:HSE作为系统时钟

          10:PLL作为系统时钟

          11:保留

Bit 1~Bit 0:系统时钟选择

00:选择HSI作为系统时钟

          01:选择HSE作为系统时钟

          10:选择PLL作为系统时钟

          11:保留

2.3 设置例程

配置STM32的时钟需要创建几个文件,这几个文件如下表所示。

文件目录 文件名 文件功能
./SYSTEM/sys sys.c 时钟设置函数外部中断设置函数中断优先级设置函数
sys.h 数据类型定义
stm32f103x.h 定义寄存器结构定义寄存器地址定义中断编号

(1)创建上述三个文件,其中c文件添加进工程中,h文件包含进程序中,如下图所示。

Cortex-M3

Cortex-M3

Cortex-M3

(2)stm32f103x.h文件输入以下内容:

Cortex-M3

这个文件用于定义程序用到的所有寄存器的地址和结构体,是整个STM32程序的最基础的文件。

(3)sys.h输入以下内容

Cortex-M3

sys.h文件用于定义STM32的时钟配置和中断配置,以及后面的端口位操作模式。

(3)sys.c文件输入以下内容

void STM32_Clock_Init( u8 PLL )
{
   RCC->CR |= 0x00010000 ;              //外部高速时钟使能HSEON
  while( !( RCC->CR>>17 ) ) ;              //等待外部时钟就绪
  RCC->CFGR = 0x00000400 ;            //APB1=DIV2;APB2=DIV1;AHB=DIV1;
  PLL -= 2 ;                    //抵消2个单位(因为是从2开始的,设置0就是2)
  RCC->CFGR |= ( u32 )PLL<<18 ;            //设置PLL值 2~16
  RCC->CFGR |= 1<<16 ;              //PLLSRC ON
  FLASH->ACR |= 0x32 ;                //FLASH 2个延时周期
  RCC->CR |= 1<<24 ;                //PLLON
  while( ( RCC->CR&0x02000000 )!=0x02000000 ) ;    //等待PLL锁定
  RCC->CFGR |= 0x00000002 ;            //PLL作为系统时钟
  while( ( RCC->CFGR&0x0000000C )!=0x00000008 ) ;  //等待PLL作为系统时钟设置成功
}
这个文件的函数就是真正配置时钟的过程,可以对照之前描述的配置时钟的过程来看这段代码。
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