Chapter 15 RCC－－使用 HSE/HSI 配置时钟

重点理解时钟树

RCC 主要作用－－时钟部分

设置系统时钟 SYSCLK
设置 AHB 分频因子（决定 HCLK 为多少）
设置 APB2 分频因子（决定 PCLK2 为多少）
设置 APB1 分频因子（决定 PCLK1 为多少）
设置各外设分频因子
控制 AHB、APB2 和 APB1 的 3 条总线时钟的开启
控制每个外设时钟的开启

对于 SYSCLK、HCLK、PCLK2、PCLK1 这 4 个时钟的配置一般是（也是库函数的标准配置）：

SYSCLK = PLLCLK = HCLK = PCLK2 = 72MHz
PCLK1 = HCLK/2 = 36 MHz

RCC 框图剖析－－时钟部分

系统时钟

1、HSE 高速外部时钟信号

可以是：有源晶振、无源晶振（需配谐振电容）
频率为：4 ～ 16 MHz（最常用的是 8 MHz，同 HSI）
作为 PLL 时钟来源时，可以：不分频、2 分频（配置由： CFGR[17] ，即 PLLXTPRE ）

2、PLL 时钟源

PLL 时钟来源：HSE、HSI/2 （配置由：CFGR[16]，即 PLLSRC ）
HSI 内部高速时钟（8 MHz），一般不作 PLL 的时钟来源，频率会漂移（测试和环境）

3、PLL 时钟 PLLCLK

PLL 倍频因子（2 ~ 16）（配置由：CFGR[21:18]，即 PLLMUL[3:0]），这里设置 9 （9x8=72MHz）
PLLCLK 最高为 128 MHz，官方推荐 PLLCLK = 8 x 9 = 72ＭHz

4、系统时钟 SYSCLK

系统时钟来源可以是：HSI、HSE、PLLCLK（配置由：CFGR[1:0]，即 SW[1:0]）
这里设置系统时钟为：SYSCLK = PLLCK = 72MHz

5、AHB 总线时钟 HCLK

AHB 分频因子（1、2、4、8、16、64、128、256、512）（配置由：CFGR[7:4]，即 HPRE[3:0]）
分频后为 AHB 时钟 HCLK。片上大部分外设的时钟都是由 HCLK 分频得到的
这里 HCLK = SYSCLK = 72MHz

6、APB2 总线时钟 PCLK2

PCLK2 由 HCLK 经过 APB2 预分频器而得。分频因子（1、2、8、16）（配置由：CFGR[13:11]，即 PPRE2[2:0]）
PCLK2 为高速的总线时钟，最高为 72MHz。为片上高速外设挂载，如：GPIO、USART1、SPI1等
这里 PCLK2 = HCLK =72MHz

7、APB1 总线时钟 PCLK1

PCLK1 由 HCLK 经过 APB1 预分频器而得。分频因子（1、2、8、16）（配置由：CFGR[10:8]，即 PPRE1[2:0]）
PCLK1 为低速的总线时钟，最高为 32MHz。为片上低速外设挂载，如：USART2/3/4/5、SPI2/3、IIC1/2 等
这里 PCLK1 = HCLK/2 = 36MHz

以上 7 个步骤对应的系统时钟设置的库函数，参考库文件 system_stm32f10x.c 中函数 SetSysClockTo72() 。函数是直接操作寄存器的。

其它时钟

1、USB 时钟 USBCLK

由 PLLCLK 经过 USB 预分频器而得。分频因子（1、1.5）（配置由：CFGR[22]，即 USBPRE）
最高是 48MHz，由分频因子倒推，PLLCLK 只能是 48MHz、72MHz。一般设置 PLLCLK =72MHz，USBCLK = 48MHz
USB 对时钟要求比较高，所以 PLLCLK 只能是 HSE 倍频得到，不能使用 HSI 倍频

2、Cortex 系统时钟

由 HCLK 8 分频得到：9MHz
用于驱动内核的系统定时器 SysTick，用于操作系统的时钟节拍
SysTick 也可以用作普通定时

3、ADC 时钟 ADCCLK

由 PCLK2 经过 ADC 预分频器得到。分频因子（2、4、6、8）（配置由：CFGR[15:14]，即 ADCPRE[1:0]）
ADCCLK 最高是 14MHz
如果 ADC 采样周期设成 1.5 个周斯，ADC 的转换时间可以达到最短 1uS，那么时钟就是 14MHz，反推 PCLK2 只能是 28MHz、56MHz、84MHz、112MHz。因为 PCLK2 最高是 72MHz，所以只能取 28MHz、56MHz

4、RTC 时钟（RTCCLK）独立看门狗时钟（IDWGCLK）

RTCCLK 来源可以是：HSE/128、LSE（32.768K）、LSI。（选择由：BDCR[9:8]，即 RTCSEL[1:0]）
IDWGCLK 只能由 LSI 提供（LSI：30 ~ 60KHz，一般取 40KHz）

5、MCO 时钟输入

Microcontroller Clock Output，STM32F1 中由 PA8 复用所得，主要是对外提供时钟信号
MCO 时钟来源可以是：PLLCLK/2、SYSCLK、HSE、HSI。（选择由：CFGR[26:24]，即 MCO[2:0]）
可用示波器监控，以此检查系统时钟是否正确配置

配置系统时钟实验

使用 HSE

一般情况，都是使用 HSE（8MHz）
经过 PLL 倍频（x9）后作为系统时钟
在 main 函数前，启动文件已经调用 SystemInit() 频数，把系统时钟初始化成 72MHz
自己设置系统时钟时，一般不修改底层库文件，而是由上述时钟树流程自己写一个。

使用 HSI

一般不作 PLL 的时钟来源，频率会漂移（测试和环境）
HSE 故障时，HSE 和 PLL 都会被关闭，系统会自动切换 HSI 作为系统时钟，这时 SYSCLK = HSI = 8MHz
当 HSE 故障时要采取报警措施。

如果用户想使用 HSI，自己编程程序，思路如下。

软件设计

缩写两个 RCC 驱动文件：bsp_clock.h、bsp_clock.c

1、编程要求

RCC 外设初始化到复位状态
开启 HSE/HSI，并等待 HSE/HSI 稳定
设置 AHB、APB2、APB1 的预分频因子
设置 PLL的时钟来源、倍频因子（各种频率主要在这里设置）
开启 PLL，并等待 PLL 稳定
把 PLLCLK 切换为系统时钟 SYSCLK
读取时钟切换状态，确保 PLLCLK 被选为系统时钟

2、代码分析

1、使用 HSE 配置系统时钟

/**
	*	@brief	Config HSE and set it as system clock
	*	@param 	pllmul: PLLCLK = 8MHz * RCC_PLLMul, RCC_PLLMul_x, x=2~16
	*	@retval	none
	*/
void HSE_SetSysClock(uint32_t RCC_PLLMul)
{
	__IO uint32_t HSEStartUpStatus = 0;
	
	/* Deinitialize RCC */
	RCC_DeInit();
	
	// Enable HSE
	RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
	
	// Wait HSE Start up
	HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
	
	if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
	{
//-----------------------------------------------------------			
		// Enable flash prefetch buffer
	
		FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
		
		FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//-----------------------------------------------------------	
		// AHB config:	HCLK = SYSCLK
		RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
		// APB2 config:	PCLK2 = HCLK
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
		//APB! config:	PCLK1 = HCLK/2
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2);
		
		// Set PLL clock source and multiple factor
		RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul);					// PLLCLK = 8MHz * RCC_PLLMul
		
		// Enable PLL
		RCC_PLLCmd(ENABLE);
		while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) != SUCCESS){
		}
		
		// Set PLL clock as system clock
		RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
		
		//Get system clock status, , make sure PLLCLK is the system clock
		while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08){
		}		
	} else{
		// If HSE failure, code runs stuck here.
			while(1){			
			}
		}
}

2、使用 HSI 配置系统时钟

/**
	*	@brief	Config HSI and set it as system clock
	*	@param 	pllmul: PLLCLK = 8MHz * RCC_PLLMul, RCC_PLLMul_x, x=2~16
	*	@retval	none
	*/
void HSI_SetSysClock(uint32_t RCC_PLLMul)
{
	__IO uint32_t HSIStartUpStatus = 0;
	
	/* Deinitialize RCC */
	RCC_DeInit();
	
	// Enable HSI
	RCC_HSICmd(ENABLE);
	
	// Wait HSE Start up
	HSIStartUpStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY;
	
	if(HSIStartUpStatus == RCC_CR_HSIRDY)
	{
//-----------------------------------------------------------			
		// Enable flash prefetch buffer
	
		FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
		
		FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//-----------------------------------------------------------	
		// AHB config:	HCLK = SYSCLK
		RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
		// APB2 config:	PCLK2 = HCLK
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
		//APB! config:	PCLK1 = HCLK/2
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2);
		
		// Set PLL clock source and multiple factor
		RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, RCC_PLLMul);					// PLLCK = 4MHz * RCC_PLLMul
		
		// Enable PLL
		RCC_PLLCmd(ENABLE);
		while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) != SUCCESS){
		}
		
		// Set PLL clock as system clock
		RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
		
		//Get system clock status, make sure PLLCLK is the system clock
		while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08){
		}		
	} else{
		// If HSI failure, code runs stuck here.
			while(1){			
			}
		}
}

3、软件延时

void delay(__IO uint32_t nCount)
{
	for(; nCount!=0; nCount--);
}

4、MCO 输出

STM32F103 系列中，PA8 可以利用为 MCO 引脚。

/**
	*	@brief 
	*	@param
	*	@retval
	*/
void MCO_GPIO_Conifg(void)
{	
	GPIO_InitTypeDef	GPIO_InitStructure;
	// Enable GPIOA clock
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	// Select MCO GPIO pin to PA8
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
	// Set MCO GPIO pin mode as alternative fuction push-pull output
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	// Set MCO GPIO pin speed as 50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	// Initialize GPIPA
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
}

MCO 输出时钟选择：

	// Config MCO input clock: HSE, HSI, PLLCLK/2, SYSCLK
	// Measure MCO signal on PA8
//	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSE);
//	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSI);
//	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_PLLCLK_Div2);
	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_SYSCLK);

5、main 函数：

int main(void)
{
	// System clock  has been set to 72MHz
	
	/* Re-config system clock, use only HSE or HSI */
	// Set HSE as system clock: SYSCLK = 8MHz * RCC_PLLMul_x: x=2~16
//	HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);
 
	// Set HSI as system clock: SYSCLK = 4MHz * RCC_PLLMul_x: x=2~16
	HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);
	
	LED_GPIO_Config();
	// MCO I/O pin config
	MCO_GPIO_Conifg();
	// Config MCO input clock: HSE, HSI, PLLCLK/2, SYSCLK
	// Measure MCO signal on PA8
//	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSE);
//	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSI);
//	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_PLLCLK_Div2);
	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_SYSCLK);	
	
	while(1)
	{
		LED_G_ON;
		SOFT_DELAY;
		
		LED_G_OFF;
		SOFT_DELAY;		
	}	
}

学习 / Learning

Programming STM32

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