【STM32】基础知识 第十一课 时钟
- 概述
- 时钟系统的基本概念
- 什么是时钟
- 时钟树
- 锁相环
- APB
- 时钟树
- F1 系列时钟树
- F4 系列时钟树
- F7 系列时钟树
- H7 系列时钟树
- 系统时钟配置
- 系统时钟配置步骤
- 外设时钟的使能和使能
- HAL_RCC_OscConfig() 函数
- HAL_RCC_ClockConfig() 函数
概述
STM32 微控制器具有复杂的时钟系统, 用于为处理器内核, 外设和总线提供时钟信号. 了解 STM32 的时钟系统对于掌握其工作原理和进行高效开发至关重要.
时钟系统的基本概念
什么是时钟
时钟 (Clock) 提供了一个周期性的脉冲信号, 具有明确的高电平和低电平. 最常用的时钟是占空比 50% 的方形波. 时钟的单片机的脉搏, 搞懂时钟走向及关系, 对单片机的使用至关重要.
时钟树
STM32 的时钟系统以一种树状结构连接各个时钟源, 时钟分配和外设. 时钟树负责将所选的时钟源信号分配给处理器内核, 外设和总线. 根据不同的应用需求, 可通过时钟树配置不同的时钟频率和时钟源.
锁相环
锁相环 (Page-Locked Loop): PLL 是一种用于产生高频时钟信号的电子电路. 在 STM32 中, PLL 可以将内部或外部时钟源的频率倍增, 从而产生更高频率的时钟信号. PLL 的倍频系数和分频系数是可配置的, 使得开发者可以根据需求生成不同频率的时钟信号.
APB
APB (Advanced Peripheral Bus): STM32 微控制器通常有两个 APB 总线, 即 APB1 和 APB2. APB1 和 APB2 的时钟频率可以通过时钟树进行独立配置.
时钟树
F1 系列时钟树
| 时钟源名称 | 频率 | 材料 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 高速外部振荡器 (HSE) | 4-16 MHz | 晶体/陶瓷 | SYSCLK/RTC |
| 低速外部振荡器 (LSE) | 32.768 KHz | 晶体/陶瓷 | RTC |
| 高速内部振荡器 (HSI) | 8 MHz | RC | SYSCLK |
| 低速内部振荡器 (LSI) | 40 KHz | RC | RTC/IWDG |
| 符号 | 作用 |
|---|---|
| 时钟安全系统 (CSS) | 如果 HSE 启动失败, 切换到 HSI, 可进 NMI 中断 |
| 自由运行时钟 (FCLK) | 用于采样中断和调试模块计时, 休眠仍有效 |
F4 系列时钟树
| 时钟源名称 | 频率 | 材料 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 高速外部振荡器 (HSE) | 4-26 MHz | 晶体/陶瓷 | SYSCLK/RTC |
| 低速外部振荡器 (LSE) | 32.768 KHz | 晶体/陶瓷 | RTC |
| 高速内部振荡器 (HSI) | 16 MHz | RC | SYSCLK |
| 低速内部振荡器 (LSI) | 32 KHz | RC | RTC/IWDG |
F7 系列时钟树
| 时钟源名称 | 频率 | 材料 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 高速外部振荡器 (HSE) | 4-26 MHz | 晶体/陶瓷 | SYSCLK/RTC |
| 低速外部振荡器 (LSE) | 32.768 KHz | 晶体/陶瓷 | RTC |
| 高速内部振荡器 (HSI) | 16 MHz | RC | SYSCLK |
| 低速内部振荡器 (LSI) | 32 KHz | RC | RTC/IWDG |
H7 系列时钟树
| 时钟源名称 | 频率 | 材料 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 高速外部振荡器 (HSE) | 4-48 MHz | 晶振/陶瓷 | SYSCLK/RTC |
| 低速外部晶振 (LSE) | 32.768 KHz | 晶体/陶瓷 | IWDG/RTC/AWU |
| 高速内部振荡器 (HSI) | 64 MHz | RC | SYSCLK |
| 低速内部振荡器 (LSI) | 32 KHz | RC | IWDG/RTC/SWU |
| 高速内部振荡器 (HSI48) | 48 MHz | RC | USB |
| 低功耗内部振荡器 (CSI) | 4 MHz | RC | SYSCLK (低功耗) |
| 辅助型时钟系统 | 作用 |
|---|---|
| 时钟安全系统 (CSS) | 如果 HSE 启动失败, 切换到 HSI, 可进 NMI 中断 |
| 特殊时钟恢复系统 (CRS) | 可以实现自动调整振荡频率, 确保高精度时钟 |
系统时钟配置
系统时钟配置步骤
- 配置 HSE_Value: 告诉 HAL 库外部晶振频率, stm32xxxx_hal_conf.h
- 调用 SystemInit() 函数 (可选): 在启动文案中调用, 在 system_stm32xxxx.c 定义
- 选择时钟源, 配置 PLL: 通过 HAL_RCC_OscConfig() 函数设置
- 选择系统时钟源, 配置总线分频器: 通过 HAL_RCC_ClockConfig() 函数设置
- 配置扩展外设时钟 (可选): 通过 HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig() 函数设置
外设时钟的使能和使能
当我们要使用某个外设时, 必须先使能该外设时钟.
HAL 库使能外设时钟的方法:
// 使能 GPIOA 时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
HAL 库失能外设时钟的方法:
// 禁止 GPIOA 时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE();
HAL_RCC_OscConfig() 函数
格式:
typdef struct
{
uint32_t Oscillator Type; // 选择需要配置的振荡器
uint32_t HSEState; // HSE 状态
uint32_t HSEPredivValue; // HSE 预分频值
uint32_t LSEState; // LSE 状态
uint32_t HSIState; // HSI 状态
uint32_t HSICalibrationValue; // HIS 校准值
uint32_t LSIState; // LSI 状态
RCC_PLLInitTypeDef PLL; // PLL 结构体
}RCC_OscInitTypeDef;
typedef struct
{
uint32_t PLLState; // PLL 状态
uint32_t PLLSource; // PLL 时钟源
uint32_t PLLMUL; // PLL 倍频系数
}RCC_PLLInitTypeDef;
例子:
HAL_StatusTypeDef Hal_RCC_OscConfig(RCC_OscInitTypeDef *RCC_OscInitStruct)
HAL_RCC_ClockConfig() 函数
格式:
typedef struct
{
uint32_t ClockType; // 要配置的时钟 (SYSCLK/HCLK/PCLK1/PCLK2)
uint32_t SYSCLKSource; // 系统时钟源
uint32_t AHBCLKDivider; // AHB 时钟预分频系数
uint32_t APB1CLKDivider; // SPB1 时钟预分频系数
uint32_t APB2CLKDivider; // APB2 时钟预分频系数
}RCC_ClkInitTypeDef;
例子:
HAL_ClkInitTypeDef HAL_RCC_ClockConfig(RCC_ClkInitTypeDef *RCC_ClkInitStruct, uint32_t FLatency)
设置 Flash:
uint32_t Flatency
#define FLASH_LATENCY_0 0x0000 0000U // FLASH 0 个等待周期
#define FLASH_LATENCY_1 FLASH_ACR_LATENCY_0 // FALSH 1 个等待周期
#define FLASH_LATENCY2 FLASH_ACR_LATENCY_1 // FLASH 2 个等待周期
