STM32-RCC的功能和使用

目录

一、基本概念:

二、外部晶振与内部晶振的区别:

三、时钟树

四、5大模块

五、涉及到的寄存器与库函数

1. 涉及到的RCC寄存器:

2.标准库手册中的RCC库函数:

3.程序编写流程:

4.按照上述流程编写代码:


一、基本概念:

  • RCC: Reset and Clock Control,即复位和时钟控
  • HSE: High Speed External Clock signal,高速外部时钟信号,即是OSC_IN和OSC_OUT接口所接的4~16MHz的晶振,一般接8MHz。
  • LSE:  Low Speed External Clock signal,低速外部时钟信号,即是OSC32_IN和OSC32_OUT接口,指外部用于RTC的32.768KHz晶振。
  • HSI: High Speed Internal Clock signal,高速内部时钟信号,出厂校准的8MHz内部RC振荡器。
  • LSI:  Low Speed Internal Clock signal,高速内部时钟信号,带有校准功能的40KHz的内部RC振荡器。
  • RTC: Real  Time Clock实时时钟,用于带有年、月、日、小时、分钟、秒钟的计时器。
  • PLL:锁相环倍频输出,其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍,但是其输出频率最大不得超过72MHz。
  • SYSCLK:系统时钟,最高72MHz。
  • AHB:高级高性能总线,这是一种“系统总线”AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接。AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成,整个AHB总线上的传输都由主模块发出,由从模块负责回应。
  • APB:是一种外围总线。APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接,例如UART等,它的总线架构不像 AHB支持多个主模块,在APB里面唯一的主模块就是APB 桥。

二、外部晶振与内部晶振的区别:

外部晶振比较稳定而内部晶振的误差比较大,但如果对频率要求不高,如不涉及到串口通信和精确定时等情况时,则可以使用内部晶振。所以如果对频率要求不高,则一般是优先使用内部晶振。如果要省电,用到了SLEEP,则不能使用内部晶振,因为内部振荡会停止。

三、时钟树

图1.STM32中文参考手册的时钟树
图2.STM32CubeMX软件上的时钟树
STM32中有一个全速功能的USB模块,其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL输出端获取,可以选择为1.5分频或者1分频,也就是当需要使用USB模块时,PLL必须使能,并且时钟频率配置为48MHz或72MHz。
STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚上,可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。
图3.MCO脚的时钟
注意:
  • 当HSI作为PLL时钟的输入时,系统时钟频率最高只能达到64MHz;
  • 当使用USB功能时,必须同时使用HSE和PLL,CPU的频率必须是48MHz或者72MHz;
  • 当需要ADC采样时间为1us时,APB2必须设置在14 MHz 、28 MHz 、56 MHz。

四、5大模块

SYSCLK系统时钟可选择为HSI、HSE或者PLL输出,系统时钟最大频率为72MHz,它通过AHB分频器分频后送给各模块使用,AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给 5大模块使用:
  • 1.由HCLK送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟;
  • 2.通过分频后送给Cortex系统定时器时钟;
  • 3.直接送给自由运行时钟FCLK(Free running Clock);
图4.五大模块
  • 4.其中一个模块是送给APB1分频器模块。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频,其输出一路供APB1外设使用(PCLK1,最大频率36MHz),另一路送给定时器(Timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频,时钟输出供定时器2、3、4使用。APB1设置为1分频时会出现如下图所示的情况:
图5.低速外设APB1分频器模块
  • 5.还有一路是送给APB2分频器模块。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频,其输出一路供APB2外设使用(PCLK2,最大频率72MHz),另一路送给定时器(Timer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频,时钟输出供定时器1使用。另外,APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用,分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。
图6.高速外设APB2分频器模块
以上的时钟输出中,有很多是带使能控制的,例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。 当需要使用某模块时,记得一定要先使能对应的时钟。
  • 连接在APB1(低速外设)上的设备有:电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号,但它应该不是供USB模块工作的时钟,而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。即: APB1负责DA,USB,SPI,I2C,CAN,串口2345,普通TIM等设备。
  • 连接在APB2(高速外设)上的设备有:UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。即 APB2负责AD,I/O,高级TIM,串口1等设备。
外设指的是单片机外部的外围功能模块,比如键盘控制芯片,液晶,A/D转换芯片,等等。外设可通过单片机的I/O,SPI,I2C等总线控制。 常见stm32外设:基本IO、定时器TIM、串口USART、ADC模数转换、DAC数模转换、SPI串行通信、EXIT外部中断、BKP备份数据、RTC闹钟SysTick系统滴答、WDG看门狗(独立+窗口)、DMA传输数据、片内FLASH编程、FSMC读写外部SRAM、外部NorFlash操作等。

五、涉及到的寄存器与库函数

1. 涉及到的RCC寄存器:

2.标准库手册中的RCC库函数:

3.程序编写流程:

使能HSE(RCC_HSEConfig)-->等待HSE稳定(RCC_WaitForHSEStartUp)--> HSE稳定后使能预取指(FLASH_PrefetchBufferCmd)--> 设置FLASH等待(FLASH_SetLatency)--> 设置三总线分频因子(RCC_HCLKConfig、RCC_PCLK1Config、RCC_PCLK2Config)--> 设置PLL锁相环的时钟源和倍频因子(RCC_PLLConfig)-->使能PLL-->等待PLL稳定 while( RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY)== RESET )-->选择系统时钟(RCC_SYSCLKConfig)-->等待系统时钟稳定while( RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08 );

4.按照上述流程编写代码:

#include "clkconfig.h"
void HSEConfig(uint32_t RCC_PLLMul_x)    //RCC_Configuration函数名是自己定义的,不能在库函数中找到。
{
    ErrorStatus HSEStatus;
    
    //将RCC寄存器复位为复位值
    RCC_DeInit();
    
    //使能HSE
    RCC_HSEConfig( RCC_HSE_ON );
    
    HSEStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
    
    if( HSEStatus == SUCCESS )
    {
        //使能预取指
        FLASH_PrefetchBufferCmd( FLASH_PrefetchBuffer_Enable );
        //设置等待
        FLASH_SetLatency( FLASH_Latency_2 );
        
        //配置三总线分频因子
        RCC_HCLKConfig( RCC_SYSCLK_Div1 );
        RCC_PCLK1Config( RCC_HCLK_Div2 );
        RCC_PCLK2Config( RCC_HCLK_Div1 );
        
        //配置PLL的时钟源和倍频因子
        RCC_PLLConfig( RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_x );
        
        //使能PLL
        RCC_PLLCmd(ENABLE);
        
        //等待PLL稳定
        while( RCC_GetFlagStatus( RCC_FLAG_PLLRDY ) == RESET );
        
        //选择系统时钟
        RCC_SYSCLKConfig( RCC_SYSCLKSource_PLLCLK );
        
        //等待系统时钟稳定
        while( RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08 );
    }
    else
    {
        /* HSE启动失败 */
    }
}
  • 或者:
void RCC_Configuration(void){ //RCC时钟的设置,该函数名由自己命名。
    ErrorStatus HSEStartUpStatus;   
    RCC_DeInit();              /* RCC system reset(for debug purpose) RCC寄存器恢复初始化值*/   
    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); /* Enable HSE 使能外部高速晶振*/   
    HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); /* Wait till HSE is ready 等待外部高速晶振使能完成*/   
    if(HSEStartUpStatus == SUCCESS){   
        /*设置PLL时钟源及倍频系数*/   
        RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9); //RCC_PLLMul_x(枚举2~16)是倍频值。当HSE=8MHZ,RCC_PLLMul_9时PLLCLK=72MHZ   
        /*设置AHB时钟(HCLK)*/   
        RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); //RCC_SYSCLK_Div1——AHB时钟 = 系统时钟(SYSCLK) = 72MHZ(外部晶振8HMZ)   
        /*注意此处的设置,如果使用SYSTICK做延时程序,此时SYSTICK(Cortex System timer)=HCLK/8=9MHZ*/   
        RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); //设置低速AHB时钟(PCLK1),RCC_HCLK_Div2——APB1时钟 = HCLK/2 = 36MHZ(外部晶振8HMZ)   
        RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); //设置高速AHB时钟(PCLK2),RCC_HCLK_Div1——APB2时钟 = HCLK = 72MHZ(外部晶振8HMZ)   
        /*注:AHB主要负责外部存储器时钟。APB2负责AD,I/O,高级TIM,串口1。APB1负责DA,USB,SPI,I2C,CAN,串口2,3,4,5,普通TIM */  
        FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); //设置FLASH存储器延时时钟周期数   
        /*FLASH时序延迟几个周期,等待总线同步操作。   
        推荐按照单片机系统运行频率:
        0—24MHz时,取Latency_0;   
        24—48MHz时,取Latency_1;   
        48~72MHz时,取Latency_2*/   
        FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable); //选择FLASH预取指缓存的模式,预取指缓存使能   
        RCC_PLLCmd(ENABLE);    //使能PLL
        while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); //等待PLL输出稳定   
        RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); //选择SYSCLK时钟源为PLL
        while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08); //等待PLL成为SYSCLK时钟源   
    }
    /*开始使能程序中需要使用的外设时钟*/ 
    /*在设置一个外设前,必须调用以下一个函数来使能它的时钟*/  
//    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB |   
//    RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE); //APB2外设时钟使能      
//    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE); //APB1外设时钟使能  
//    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);   
//    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);        
//    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);    
}  


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