对于STM32这款单片机,现在是越来越多的人熟悉和使用它了。在很多的项目和产品中都有它的身影,以及现在很多的大学课程都是用STM32开展教学了,已经是应用很广泛了。

想当初我在大学的时候,上课教的还是51单片机,而且还是老师照着课本念的。当时做的第一个单片机产品还是用51单片机做的流水灯,哈哈!

那么,在使用STM32单片机进行项目开发的时候,第一步都是要做好时钟的设置的。这个时钟的设置是非常重要的,因为它关系到整个系统的运行。不同的项目都会根据实际的使用需求,采用不同的时钟频率,所以需要对时钟进行设置。

下面分享一下STM32设置时钟的操作方法和步骤。本文以stm32f407为例讲讲时钟配置!

1、STM32F407 的时钟来源

从STM32F4的参考手册上可以看到,STM32F407的时钟可以有三种时钟来源,如下图:

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(1)

这几个时钟区别分别如下:

1.1、HSI 时钟

HSI 时钟信号由STM32内部 16 MHz 的RC 振荡器生成,可直接用作系统时钟,或者用作 PLL 输入。

因为它是内部的集成RC振荡器,不需要额外的外部晶振和电路,所以使用它的话成本就比较低。但是它的精度相比外部的晶振或者陶瓷谐振器,精度是比不上的,所以一般都不用这个作为系统的主时钟来源。

1.2、HSE 时钟

HSE 时钟指的是来源于外部晶振的时钟源。它一般可以由两个时钟源来提供:

(1)HSE 外部晶振/陶瓷谐振器

(2)HSE 外部时钟(比如:8M、25M)

参见下图:

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(2)

1.3、主 PLL 时钟

STM32F4xx 器件具有两个 PLL:

(1)主 PLL (PLL) 由 HSE 或 HSI 振荡器提供时钟信号,并具有两个不同的输出时钟:

1)第一个输出用于生成高速系统时钟(最高达 168 MHz)

2)第二个输出用于生成 USB OTG FS 的时钟 (48 MHz)、随机数发生器的时钟 (48 MHz) 和 SDIO 时钟 (48 MHz)。

(2)专用 PLL (PLLI2S) 用于生成精确时钟,从而在 I2S 接口实现高品质音频性能。

注意:

在系统复位后,默认系统时钟为 HSI。在直接使用 HSI 或者通过 PLL 使用时钟源来作为系统时钟时,该时钟源无法停止。

2、时钟树

STM2F4的时钟树如下图所示:

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(3)

从上图中可以看到,系统的时钟来源可以通过选择器选择,然后通过预分频器配置 AHB 频率、高速 APB (APB2) 和低速 APB (APB1)。

其中,AHB 域的最 大频率为 168 MHz,高速 APB2 域的最大允许频率为 84 MHz,低速 APB1 域的最大允许频 率为 42 MHz。不同的时钟分给不同的外设使用,从而满足整个系统的各个外设的正常工作所需的时钟条件。

3、配置系统时钟

3.1、系统时钟有关寄存器

由于STM32系统复位之后默认使用的是HSI时钟,所以需要切换为其他时钟的话就需要自己做些配置,也就是需要设置相应的寄存器,从而切换时钟的输入来源。

STM32F4切换时钟所涉及到的寄存器如下面所示:

(1)RCC 时钟配置寄存器 (RCC_CFGR)

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(4)

通过 RCC_CFGR 的 SW1、SW2两位进行设置,这两位的选项取值如下:

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(5)

(2)RCC 时钟控制寄存器 (RCC_CR)

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(6)

通过这三个位的置位可以选择使用的时钟,操作如下:

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(7)

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(8)

stm32  如何配置内部和外部时钟 STM32如何配置系统时钟(9)

3.2、使用系统的默认配置

配置系统的时钟,除了使用相关寄存器进行设置,也可以使用官方提供的固件文件里面的初始化函数进行修改,即可以完成时钟的修改和设置。

首先,有一个差异我们要知道的:STM32F4 与 STM32F10X 有所不同,STM32F4 的时钟已经默认配置好,上电直接可以正常使用。

通过查看启动代码文件:startup_stm32f4xx.s,即可以看出。如下:

Reset handler Reset_Handler PROC EXPORT Reset_Handler [WEAK] IMPORT SystemInit IMPORT __main LDR R0, =SystemInit BLX R0 LDR R0, =__main BX R0 ENDP

可以看出:

在进入main函数之前,系统调用了SystemInit函数。

3.3、系统时钟配置所用到的相关宏定义

system_stm32f4xx.c文件中提供几个宏定义用于设置时钟参数,如下:

/************************* PLL Parameters *************************************/ /* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N */ #define PLL_M 25 #define PLL_N 336 /* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P */ #define PLL_P 2 /* USB OTG FS, SDIO and RNG Clock = PLL_VCO / PLLQ */ #define PLL_Q 7 /******************************************************************************/

晶振频率设置则是在文件 stm32f4xx.h 中进行设置:

1)外部晶振:

#if !defined (HSE_VALUE) #define HSE_VALUE ((uint32_t)25000000) /*!< Value of the External oscillator in Hz */

HSE_VALUE:这个值是设置外部晶振的频率的。比如25000000表示的是外部晶振选择的25M。如果外部晶振是8M,那这个值就是8000000。以此类推!

2)内部晶振:

#if !defined (HSI_VALUE) #define HSI_VALUE ((uint32_t)16000000) /*!< Value of the Internal oscillator in Hz*/ #endif /* HSI_VALUE */

HSI_VALUE:这个值是设置外部晶振的频率的。

综合上面的,可以得出默认配置中:

锁相环压腔振荡器时钟:PLL_VCO = 25 / 25 * 336 = 336MHz 系统时钟:SYSCLK = 336 / 2 = 168MHz USB,SD卡时钟:CLK = 336 / 7 = 48MHz

3.4、SystemInit( )函数

/** * @brief Setup the microcontroller system * Initialize the Embedded Flash Interface, the PLL and update the * SystemFrequency variable. * @param None * @retval None */ void SystemInit(void) { /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/ #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1) SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2)); /* set CP10 and CP11 Full Access */ #endif /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/ /* Set HSION bit */ RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001; /* Reset CFGR register */ RCC->CFGR = 0x00000000; /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */ RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF; /* Reset PLLCFGR register */ RCC->PLLCFGR = 0x24003010; /* Reset HSEBYP bit */ RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF; /* Disable all interrupts */ RCC->CIR = 0x00000000; #ifdef DATA_IN_ExtSRAM SystemInit_ExtMemCtl(); #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */ /* Configure the System clock source, PLL Multiplier and Divider factors, AHB/APBx prescalers and Flash settings ----------------------------------*/ SetSysClock(); /* Configure the Vector Table location add offset address ------------------*/ #ifdef VECT_TAB_SRAM SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */ #else SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */ #endif }

3.5、SetSysClock( )函数

在SetSysClock函数中,配置了系统时钟,PLL倍频以及分频系数:

/** * @brief Configures the System clock source, PLL Multiplier and Divider factors, * AHB/APBx prescalers and Flash settings * @Note This function should be called only once the RCC clock configuration * is reset to the default reset state (done in SystemInit() function). * @param None * @retval None */ static void SetSysClock(void) { /******************************************************************************/ /* PLL (clocked by HSE) used as System clock source */ /******************************************************************************/ __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0; /* Enable HSE */ RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON); /* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */ do { HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY; StartUpCounter ; } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT)); if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET) { HSEStatus = (uint32_t)0x01; } else { HSEStatus = (uint32_t)0x00; } if (HSEStatus == (uint32_t)0x01) { /* Select regulator voltage output Scale 1 mode, System frequency up to 168 MHz */ RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN; PWR->CR |= PWR_CR_VOS; /* HCLK = SYSCLK / 1*/ RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1; /* PCLK2 = HCLK / 2*/ RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2; /* PCLK1 = HCLK / 4*/ RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4; /* Configure the main PLL */ RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) | (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24); /* Enable the main PLL */ RCC->CR |= RCC_CR_PLLON; /* Wait till the main PLL is ready */ while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0) { } /* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache and wait state */ FLASH->ACR = FLASH_ACR_ICEN |FLASH_ACR_DCEN |FLASH_ACR_LATENCY_5WS; /* Select the main PLL as system clock source */ RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW)); RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL; /* Wait till the main PLL is used as system clock source */ while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS ) != RCC_CFGR_SWS_PLL); { } } else { /* If HSE fails to startup, the application will have wrong clock configuration. User can add here some code to deal with this error */ } }

SystemIint 和 SetSysClock都是官方固件文件中提供的,直接调用即可完成时钟的选择和设置。

如果外部时钟启动失败,系统会使用内部时钟默认配置:

HCLK = SYSCLK / 1 = 168MHz PCLK2 = HCLK / 2 = 84MHz PCLK1 = HCLK / 4 = 42MHz

3.6、自行配置时钟

除了可以调用官方提供的时钟设置函数接口外,如果想要自己自行设置相关的时钟操作,也是可以的。

假设外部晶振25MHz,系统时钟要配置为168MHz,则可以根据自己所选用的外部晶振大小和需要进行配置,相关代码如下:

void RCC_Config(void) { RCC_DeInit(); //RCC寄存器初始化 RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); //使用外部时钟 if(RCC_WaitForHseStartUp() == SUCCESS) //等待外部时钟启动 { RCC_PLLCmd(DISABLE); //配置PLL前应先关闭主PLL RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK); //选择PLL时钟为系统时钟 RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); //HCLK(AHB)时钟为系统时钟1分频 RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4); //PCLK(APB1)时钟为HCLK时钟8分频 RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2); //PCLK(APB2)时钟为HCLK时钟2分频 RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE,25,336,2,7); //PLL时钟配置,外部晶振为25MHz,系统配置为168MHz RCC_PLLCmd(ENABLE); //PLL时钟开启 while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); //等待PLL时钟准备好 } }

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