該分析材料大部分來自opendev論壇,我所做的只不過是加上一些自己的分析和整理,由于個人能力有限,紕漏之處在所難免,歡迎指正。
一、硬件上的連接問題
如果使用內部RC振蕩器而不使用外部晶振,請按照如下方法處理:
1)對于100腳或144腳的產品,OSC_IN應接地,OSC_OUT應懸空。
2)對于少于100腳的產品,有2種接法:
i)OSC_IN和OSC_OUT分別通過10K電阻接地。此方法可提高EMC性能。
ii)分別重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1,再配置PD0和PD1為推挽輸出并輸出'0'。此方法可以減小功耗并(相對上面i)節省2個外部電阻。
對上圖的分析如下:
重要的時鐘:
PLLCLK,SYSCLK,HCKL,PCLK1,PCLK2 之間的關系要弄清楚;
1、HSI:高速內部時鐘信號 stm32單片機內帶的時鐘 (8M頻率) 精度較差
2、HSE:高速外部時鐘信號 精度高來源(1)HSE外部晶體/陶瓷諧振器(晶振) (2)HSE用戶外部時鐘
3、LSE:低速外部晶體 32.768kHz主要提供一個精確的時鐘源一般作為RTC時鐘使用
在STM32中,有五個時鐘源,為HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。
①、HSI是高速內部時鐘,RC振蕩器,頻率為8MHz。
②、HSE是高速外部時鐘,可接石英/陶瓷諧振器,或者接外部時鐘源,頻率范圍為4MHz~16MHz。
③、LSI是低速內部時鐘,RC振蕩器,頻率為40kHz。
④、LSE是低速外部時鐘,接頻率為32.768kHz的石英晶體。
⑤、PLL為鎖相環倍頻輸出,其時鐘輸入源可選擇為HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍,但是其輸出頻率最大不得超過72MHz。
其中40kHz的LSI供獨立看門狗IWDG使用,另外它還可以被選擇為實時時鐘RTC的時鐘源。另外,實時時鐘RTC的時鐘源還可以選擇LSE,或者是HSE的128分頻。RTC的時鐘源通過RTCSEL[1:0]來選擇。
STM32中有一個全速功能的USB模塊,其串行接口引擎需要一個頻率為48MHz的時鐘源。該時鐘源只能從PLL輸出端獲取,可以選擇為1.5分頻或者1分頻,也就是,當需要使用USB模塊時,PLL必須使能,并且時鐘頻率配置為48MHz或72MHz。
另外,STM32還可以選擇一個時鐘信號輸出到MCO腳(PA8)上,可以選擇為PLL輸出的2分頻、HSI、HSE、或者系統時鐘。
系統時鐘SYSCLK,它是供STM32中絕大部分部件工作的時鐘源。系統時鐘可選擇為PLL輸出、HSI或者HSE。系統時鐘最大頻率為72MHz,它通過AHB分頻器分頻后送給各模塊使用,AHB分頻器可選擇1、2、4、8、16、64、128、256、512分頻。其中AHB分頻器輸出的時鐘送給5大模塊使用:
①、送給AHB總線、內核、內存和DMA使用的HCLK時鐘。
②、通過8分頻后送給Cortex的系統定時器時鐘。
③、直接送給Cortex的空閑運行時鐘FCLK。
④、送給APB1分頻器。APB1分頻器可選擇1、2、4、8、16分頻,其輸出一路供APB1外設使用(PCLK1,最大頻率36MHz),另一路送給定時器(Timer)2、3、4倍頻器使用。該倍頻器可選擇1或者2倍頻,時鐘輸出供定時器2、3、4使用。
⑤、送給APB2分頻器。APB2分頻器可選擇1、2、4、8、16分頻,其輸出一路供APB2外設使用(PCLK2,最大頻率72MHz),另一路送給定時器(Timer)1倍頻器使用。該倍頻器可選擇1或者2倍頻,時鐘輸出供定時器1使用。另外,APB2分頻器還有一路輸出供ADC分頻器使用,分頻后送給ADC模塊使用。ADC分頻器可選擇為2、4、6、8分頻。
在以上的時鐘輸出中,有很多是帶使能控制的,例如AHB總線時鐘、內核時鐘、各種APB1外設、APB2外設等等。當需要使用某模塊時,記得一定要先使能對應的時鐘。
需要注意的是定時器的倍頻器,當APB的分頻為1時,它的倍頻值為1,否則它的倍頻值就為2。
連接在APB1(低速外設)上的設備有:電源接口、備份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看門狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模塊雖然需要一個單獨的48MHz時鐘信號,但它應該不是供USB模塊工作的時鐘,而只是提供給串行接口引擎(SIE)使用的時鐘。USB模塊工作的時鐘應該是由APB1提供的。
連接在APB2(高速外設)上的設備有:UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。
涉及的寄存器:
RCC 寄存器結構,RCC_TypeDeff,在文件“stm32f10x_map.h”中定義如下:
typedef struct
{
vu32 CR; //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能
vu32 CFGR; //PLL等的時鐘源選擇以及分頻系數設定
vu32 CIR; // 清除/使能時鐘就緒中斷
vu32 APB2RSTR; //APB2線上外設復位寄存器
vu32 APB1RSTR; //APB1線上外設復位寄存器
vu32 AHBENR; //DMA,SDIO等時鐘使能
vu32 APB2ENR; //APB2線上外設時鐘使能
vu32 APB1ENR; //APB1線上外設時鐘使能
vu32 BDCR; //備份域控制寄存器
vu32 CSR;
} RCC_TypeDef;
這些寄存器的具體定義和使用方式參見芯片手冊,因為C語言的開發可以不和他們直接打交道,當然如果能夠加以理解和記憶,無疑是百利而無一害。
如果外接晶振為8Mhz,最高工作頻率為72Mhz,顯然需要用PLL倍頻9倍,這些設置都需要在初始化階段完成。為了方便說明,以例程的RCC設置函數,并用中文注釋的形式加以說明:
static void RCC_Config(void)
{
RCC_DeInit();
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
//上面這句例程中缺失了,但卻很關鍵
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
RCC_PLLCmd(ENABLE);
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
{}
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
{}
}
//使能外圍接口總線時鐘,注意各外設的隸屬情況,不同芯片的分配不同,到時候查手冊就可以
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_FSMC, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE |
RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG |
RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
}
由上述程序可以看出系統時鐘的設定是比較復雜的,外設越多,需要考慮的因素就越多。同時這種設定也是有規律可循的,設定參數也是有順序規范的,這是應用中應當注意的,例如PLL的設定需要在使能之前,一旦PLL使能后參數不可更改。
經過此番設置后,對于外置8Mhz晶振的情況下,系統時鐘為72Mhz,高速總線和低速總線2都為72Mhz,低速總線1為36Mhz,ADC時鐘為12Mhz,USB時鐘經過1.5分頻設置就可以實現48Mhz的數據傳輸。
一般性的時鐘設置需要先考慮系統時鐘的來源,是內部RC還是外部晶振還是外部的振蕩器,是否需要PLL。然后考慮內部總線和外部總線,最后考慮外設的時鐘信號。遵從先倍頻作為CPU時鐘,然后在由內向外分頻,下級遷就上級的原則。
時鐘控制寄存器(RCC_CR)
31~26 | 25 | 24 | 23~20 | 19 | 18 | 17 | 16 |
保留 | PLLRDY | PLLON | 保留 | CSSON | HSEBYP | HSERDY | HSEON |
eg:RCC->CR|=0x00010000; //外部高速時鐘使能HSEON
RCC->CR|=0x01000000; //使能PLLON
RCC->CR>>25; //等待PLL鎖定
時鐘配置寄存器(RCC_CFGR)
31:27 | 26:24 | 23 | 22 | 21:18 | 17 | 16 | |||||
保留 | MCO[2:0] | 保留 | USBPRE | PLLMUL[3:0] | PLLXTPRE | PLLSRC | |||||
15:14 | 13:11 | 10:8 | 7:4 | 3:2 | 1:0 | ||||||
ADCPRE[1:0] | PPRE2[2:0] | PPRE1[2:0] | HPRE[3:0] | SWS[1:0] | SW[1:0] |
位26:24 | MCO: 微控制器時鐘輸出 (Microcontroller clock output) 由軟件置’1’或清零。 0xx:沒有時鐘輸出; 100:系統時鐘(SYSCLK)輸出; 101:內部RC振蕩器時鐘(HSI)輸出; 110:外部振蕩器時鐘(HSE)輸出; 111:PLL時鐘2分頻后輸出。 |
位22 | USBPRE:USB預分頻 (USB prescaler) 由軟件置’1’或清’0’來產生48MHz的USB時鐘。在RCC_APB1ENR寄存器中使能USB時鐘之前,必須保證該位已經有效。如果USB時鐘被使能,該位不能被清零。 0:PLL時鐘1.5倍分頻作為USB時鐘 1:PLL時鐘直接作為USB時鐘 |
位21:18 | PLLMUL:PLL倍頻系數 (PLL multiplication factor) 由軟件設置來確定PLL倍頻系數。只有在PLL關閉的情況下才可被寫入。 注意:PLL的輸出頻率不能超過72MHz 0000:PLL 2倍頻輸出 1000:PLL 10倍頻輸出 0001:PLL 3倍頻輸出 1001:PLL 11倍頻輸出 0010:PLL 4倍頻輸出 1010:PLL 12倍頻輸出 0011:PLL 5倍頻輸出 1011:PLL 13倍頻輸出 0100:PLL 6倍頻輸出 1100:PLL 14倍頻輸出 0101:PLL 7倍頻輸出 1101:PLL 15倍頻輸出 0110:PLL 8倍頻輸出 1110:PLL 16倍頻輸出 0111:PLL 9倍頻輸出 1111:PLL 16倍頻輸出 |
位17 | PLLXTPRE:HSE分頻器作為PLL輸入 (HSE divider for PLL entry) 由軟件置’1’或清’0’來分頻HSE后作為PLL輸入時鐘。只能在關閉PLL時才能寫入此位。 0:HSE不分頻 1:HSE 2分頻 |
位16 | PLLSRC:PLL輸入時鐘源 (PLL entry clock source) 由軟件置’1’或清’0’來選擇PLL輸入時鐘源。只能在關閉PLL時才能寫入此位。 0:HSI振蕩器時鐘經2分頻后作為PLL輸入時鐘 1:HSE時鐘作為PLL輸入時鐘。 |
位15:14 | ADCPRE[1:0]:ADC預分頻 (ADC prescaler) 由軟件置’1’或清’0’來確定ADC時鐘頻率 00:PCLK2 2分頻后作為ADC時鐘 01:PCLK2 4分頻后作為ADC時鐘 10:PCLK2 6分頻后作為ADC時鐘 11:PCLK2 8分頻后作為ADC時鐘 |
位13:11 | PPRE2[2:0]:高速APB預分頻(APB2) (APB high-speed prescaler (APB2)) 由軟件置’1’或清’0’來控制高速APB2時鐘(PCLK2)的預分頻系數。 0xx:HCLK不分頻 100:HCLK 2分頻 101:HCLK 4分頻 110:HCLK 8分頻 111:HCLK 16分頻 |
位10:8 | PPRE1[2:0]:低速APB預分頻(APB1) (APB low-speed prescaler (APB1)) 由軟件置’1’或清’0’來控制低速APB1時鐘(PCLK1)的預分頻系數。 警告:軟件必須保證APB1時鐘頻率不超過36MHz。 0xx:HCLK不分頻 100:HCLK 2分頻 101:HCLK 4分頻 110:HCLK 8分頻 111:HCLK 16分頻 |
位7:4 | HPRE[3:0]: AHB預分頻 (AHB Prescaler) 由軟件置’1’或清’0’來控制AHB時鐘的預分頻系數。 0xxx:SYSCLK不分頻 1000:SYSCLK 2分頻 1100:SYSCLK 64分頻 1001:SYSCLK 4分頻 1101:SYSCLK 128分頻 1010:SYSCLK 8分頻 1110:SYSCLK 256分頻 1011:SYSCLK 16分頻 1111:SYSCLK 512分頻 |
位3:2 | SWS[1:0]:系統時鐘切換狀態 (System clock switch status) 由硬件置’1’或清’0’來指示哪一個時鐘源被作為系統時鐘。 00:HSI作為系統時鐘; 01:HSE作為系統時鐘; 10:PLL輸出作為系統時鐘; 11:不可用。 |
位1:0 | SW[1:0]:系統時鐘切換 (System clock switch) 由軟件置’1’或清’0’來選擇系統時鐘源。 00:HSI作為系統時鐘; 01:HSE作為系統時鐘; 10:PLL輸出作為系統時鐘; 11:不可用 |
eg: RCC->CFGR=0x00000400; //APB1=DIV2;APB2=DIV1(不分頻);AHB=DIV1(不分頻);
根據STM32庫函數設置時鐘流程:
RCC_DeInit(); //設置RCC寄存器重新設置為默認值
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); //打開外部高速時鐘晶振
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); //等待外部高速時鐘晶振工作
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS) //外部就緒
{
//Add here PLL ans system clock config
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); //設置AHB時鐘不分頻
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); //設置APB2時鐘不分頻
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); //設置APB1時鐘二分頻
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //設置ADC時鐘六分頻
//設置PLL時鐘將8M時鐘9倍頻到72M
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);
RCC_PLLCmd(ENABLE); //使能PLL
FlagStatus Status;
Status = RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY);
if(Status == RESET)
{
……
}
RCC_SYSCLKConfig(RCC-SYSCLKSource_PLLCLK); //將PLL輸出設置為系統時鐘
while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08) //測試PLL是否被用作系統時鐘等待校驗完成
{}
}
else
{
//Add here some code to deal with this error
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