强仔教你玩STM32F401 Nucleo之系统时钟配置

作者: 强仔00001
上传时间为: 2014-08-27 01:01 AM
2014-08-27
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在STM32中,有五个时钟源,为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。 其实是四个时钟源,如下图所示(红色方框),PLL是由锁相环电路倍频得到PLL时钟。如下图:

①、HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz。

②、HSE是高速外部时钟,可接石英/陶瓷谐振器,或者接外部时钟源,频率范围为4MHz~26MHz。

③、LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz。

④、LSE是低速外部时钟,接频率为32.768kHz的石英晶体。

⑤、PLL为锁相环倍频输出,其时钟输入源可选择为HSI、HSE。理论倍频,一般不要输出频率最大不要超过84MHz,本人测试可以将内核时钟频率超到144M,建议大家不要超得太大,否则锁相环倍频的过程会失败的,而且超过84M可能出现运行不稳定的情况,建议大家还是最大输出到84M,如果大家的项目对单片机的处理速度要求较高的,可以超频。但不要超得太高。

STM32F401的时钟系统结构图

系统时钟SYSCLK,它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为84MHz,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、送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。

②、通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。

③、直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。

④、送给APB1分频器。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42MHz),另一路送给定时器(Timer)2、3、4、5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、5使用。

⑤、送给APB2分频器。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84MHz),另一路送给定时器(Timer)1、9、10、11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1,9,10,11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。

在以上的时钟输出中,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。

需要注意的是定时器的倍频器,当APB的分频为1时,它的倍频值为1,否则它的倍频值就为2。

连接在AHB1上的设备有所有普通IO口(PA~PE)。这个跟stm32f10xx系列不同。

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。

连接在APB2(高速外设)上的设备有:UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、第二功能IO口。

另外STM32F401提供了两个32位的定时器,分别是timer2和timer3,这个在定时器设为编码器模式时很有用,因为传统的16定时器计数的范围是2的16次方,也就是1~65535,而32位的定时器计数范围显然比16位定时器多得多,这里我就不作过多的介绍了,我会在以后的章节中详细说明。

另外,STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO1脚(PA8)和MCO2脚(PC9)上,可以选择为PLL输出的1~5分频、HSI、HSE、或者系统时钟。

stm32f401 Nucleo板是默认没有焊接上外部晶振的,所以如果大家如果要使用外部晶振,就要自行焊接接上晶振了,在焊接晶振是要注意几点:

板子外部晶振的连接处默认是打断的,如下图画着红色方框的地方:

所以大家如果要用上外部高速晶体时,就要焊接上两个电容和两个0欧姆电阻。具体的位置如下图画着红色方框的地方,c33和c34的地方是焊接电容的:

这里需要提醒一下电容的选择,电容最好选择20pf到33pf,最好选择大一些的吧,以免在初始化时钟时外部晶振起不了振。这里我选择了电容是30pf,而那两个0欧姆的地方,我直接用焊锡连上了,大家懒的话就可以直接焊锡,因为这些电容,电阻的封装是0603的,这个比较难焊接,由于没有0603封装的电容,我这里就用了0805的来焊接。在晶振的地方,我焊接了圆孔的圆排母,这是为了以后方便更换晶振。下图就是我焊接好外部晶振的图:

下面我就开始来介绍用st公司的库函数来配置时钟吧,我是用外部晶振通过PLL模块把时钟倍频到自己所需的频率。然后通过PA8输出外部晶振的频率,PC9输出系统时钟频率的二分频来验证时钟设置是否正确。

时钟配置的步骤:

void Clock_Config(void)

{

uint32_t           PLL_M;

uint32_t           PLL_N;

uint32_t           PLL_P;

uint32_t           PLL_Q;

/*配置前将所有RCC重置为初始值*/

RCC_DeInit();

/*这里选择 外部晶振(HSE)作为 时钟源,因此首先打开外部晶振*/

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

/*等待外部晶振进入稳定状态*/

while( RCC_WaitForHSEStartUp() != SUCCESS );

/*

**我们要选择PLL时钟作为系统时钟,因此这里先要对PLL时钟进行配置

*

*选择外部晶振作为PLL的时钟源*

* 到这一步为止,已有 HSE_VALUE = 12 MHz.

PLL_VCO input clock = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M),

根据文档,这个值被建议在 1~2MHz,因此我们令 PLL_M = 6,

即 PLL_VCO input clock = 1MHz */

PLL_M         =    6;

/* 到这一步为止,已有 PLL_VCO input clock = 2 MHz.

PLL_VCO output clock = (PLL_VCO input clock) * PLL_N,

这个值要用来计算系统时钟,我们 令 PLL_N = 336,

即 PLL_VCO output clock = 336 MHz.*/

PLL_N        =    168;

/* 到这一步为止,已有 PLL_VCO output clock = 336 MHz.

System Clock = (PLL_VCO output clock)/PLL_P ,

因为我们要 SystemClock = 84 Mhz,因此令 PLL_P = 4.

*/

PLL_P         =    4;

/*这个系数用来配置SD卡读写,USB等功能,暂时不用,根据文档,暂时先设为7*/

PLL_Q         =    7;

/* 配置PLL并将其使能,获得 84Mhz 的 System Clock 时钟*/

RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE, PLL_M, PLL_N, PLL_P, PLL_Q);

RCC_PLLCmd(ENABLE);

/*到了这一步,我们已经配置好了PLL时钟。下面我们配置Syetem Clock*

*选择PLL时钟作为系统时钟源*/

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

/*到了这一步,我们已经配置好了系统时钟,频率为 84MHz. 下面我们可以对 AHB,APB,外设等的 时钟进行配置*

*时钟的结构请参考用户手册*

*首先配置 AHB时钟(HCLK). 为了获得较高的频率,我们对 SYSCLK 1分频,得到HCLK*/

RCC_HCLKConfig(RCC_HCLK_Div1);

/*APBx时钟(PCLK)由AHB时钟(HCLK)分频得到,下面我们配置 PCLK*

*APB1时钟配置. 1分频,即 PCLK1 = 84 MHz*/

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div1);

/*APB2时钟配置. 1分频,即 PCLK2 = 84 MHz*/

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

/*****函数结束******

*以上函数可以大体上说明这些库函数的作用*/

}在这里有点需要提醒大家的是,如果你接上晶振时,需要修改一下头文件stm32f4xx.h里的HSE_VALUE的值,我这里的晶振接的是12M的,所以这个数值我改成了12000000,以此来告诉编译器我选的晶振是12M的。

如果大家遇到不能修改的情况,是因为文件是设置为只读,因为官方都把文件设置位只读的,就是怕我们不小心删掉了文件中的内容而导致整个工程编译失败。可以观察到可修改的文件和不可修改(只读文件)在KEIL 5的区别如下图:

红色方框里的文件是只读文件的,而蓝色方框里的文件是可修改的文件,区别就是只读的文件左侧多了个像钥匙的图标。

这是我们需要把文件修改为可读可写的。我这里就以修改stm32f4xx_gpio.c的文件给大家演示下,具体步骤如下:

双击你需要改的文件,然后再右击,最后点击Open Containing Folder,Open Containing Folder这个命令是查找这个文件所在的路径。

找到文件后,然后再右击,点击属性,把属性->只读这个方框里的勾打掉。

然后回到编译器,这时就可以发现原来文件左侧的钥匙的小图标已经不见了。

当我们做好以上步骤时,就可以配置PA8和PC9输出时钟了。

这里我们用到里库函数里的RCC_MCO1Config(uint32_t RCC_MCO1Source, uint32_t RCC_MCO1Div);和RCC_MCO2Config(uint32_t RCC_MCO2Source, uint32_t RCC_MCO2Div);

这个函数在stm32f4xx_rcc.c文件里,大家要详细了解可以自行去看看。

下面就贴上我已经注释的代码:

void System_Clk_Output_Init()

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE);//使能GPIOC的时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //选择管脚号

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //设置管脚的速度

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //设置管脚位复用功能

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//设置管脚位推完输出

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //初始化管脚

GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_MCO);//打开GPIOC_Pin_9的MCO功能

RCC_MCO2Config(RCC_MCO2Source_SYSCLK,RCC_MCO2Div_2);//设置GPIOC_Pin_9输出系统时钟频率的二分频

}

void HSE_Clk_Output_Init()

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA的时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //选择管脚号

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;// 设置管脚的速度为100M

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //设置管脚位复用功能

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//设置管脚位推完输出

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化管脚

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_MCO);//打开GPIOA_Pin_9的MCO功能

RCC_MCO1Config(RCC_MCO1Source_HSE,RCC_MCO2Div_1);//设置GPIOA_Pin_8输出外部高速晶振HSE的频率

}

以上这两个函数是配置PA8和PC9管脚为MCO模块。

在主函数中直接调用函数就可以了。

int main()

{

//System_HSE_Init();

Clock_Config();

SystemCoreClockUpdate();

System_Clk_Output_Init();

HSE_Clk_Output_Init();

while(1)

{

}

}

以下就是我仿真时通过SystemCoreClockUpdate();(刷新系统时钟的函数),可以看到时钟已经设置为84M了

以下就是我用PA8输出HSE的频率和PC9输出系统时钟频率的二分频,用示波器观察频率如下图:

stm32f401 Necleo的管脚分布图

这个图是系统时钟频率超频到120M,然后用PC9输出系统时钟频率的二分频,用示波器观察:

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