STM32使用HSE/HSI配置时钟(六)

STM32时钟树

系统时钟

①HSE 高速外部时钟信号

HSE 是高速外部时钟信号，可以由有源晶振或者无源晶振提供，频率为4~16MHz。当使用有源晶振时，时钟从OSC_IN引脚进入，OSC_OUT引脚悬空；当使用无源晶振时，时钟从OSC_IN和OSC_OUT进入，并且要配谐振电容。

HSE最常使用的是8MHz的无源晶振。当确定PLL时钟来源的时候，HSE 可以不分频或者2分频，这个由时钟配置寄存器CFGR的位17，即PLLXTRE设置。

②PLL时钟源

PLL时钟来源可以有两个：一个是HSE,另一个是HSI/2。由时钟配置寄存器CFGR的位16，即PLLSRC设置具体用哪个。HSI是内部高速的时钟信号，频率为8MHz，这里我们选择HSE作为PLL的时钟来源。

③PLL时钟PLLCLK

通过设置PLL的倍频因子，可以对PLL的时钟来源进行倍频，倍频因子可以是2至16,由时钟配置寄存器CFGR的位21~18，即PLLMUL[3:0]设置，这里设置为9倍频，因为上一步设置PLL的时钟来源为HSE=8MHz,所以PLLCLK=8M*9=72M。72M是ST官方推荐的稳定运行时钟，可以增大倍频因子实现超频，最大为128MHz。

④系统时钟SYSCLK

由图可知系统时钟的来源可以是HSI,PLLCLK,HSE，具体由时钟配置寄存器CFGR的为1~0，即SW[1:0]设置。这里设置系统时钟：SYSCLK=PLLCLK=72MHz。

⑤AHB总线时钟HCLK

系统时钟SYSCLK经过AHB预分频器分频之后得到的时钟叫APB总线时钟，即HCLK，分频因子可以是[1,2,4,8,16,64,128,256,512],具体由时钟配置寄存器CFGR的位7~4，即HPRE[3:0]设置。这里设置为1分频，即HCLK=SYSCLK=72MHz。

⑥APB1总线时钟HCLK1

APB1总线时钟PCLK1由HCLK经过低速APB2预分频器得到，分频因子可以是[1,2,4,8,16],具体由时钟配置寄存器CFGR的位10~8，即PRRE1[2:0]设置。HCLK1属于低速的总线时钟，最高为36MHz。片上低速外设就挂载到这条总线上，比如USART2/3/4/5,SPI2/3,IIC1/IIC2等。这里设置2分频，即PCLK1=HCLK/2=36MHz。

⑦APB2总线时钟HCLK2

APB2总线时钟PCLK2由HCLK经过高速APB2预分频器得到，分频因子可以是[1,2,4,8,16],具体由时钟配置寄存器CFGR的位13~11，即PPRE2[2:0]设置。HCLK2属于高速的总线时钟，片上高速外设就挂载到这条总线上，比如全部GPIO,USART1,SPI1等。这里设置1分频，即PCLK2=HCLK=72MHz。
上面的7个步骤对应的设置系统时钟的库函数，该函数截取自system_stm32f10x.c。

其他时钟

A.USB时钟

由STM32时钟树可知，USB时钟是由 PLLCLK经过USB预分频器得到分频因子可以是1或1.5，具体由时钟配置寄存器CFGR的位22，即USBPRE配置。USB的时钟最高是48MHz,所以PLLCLK只能是48MHz或者72MHz。PLLCLK只能是由HSE倍频得到，不能使用HSI倍频。

B.Cortex系统时钟

Cortex系统时钟由HCLK 8 分频得到，等于9MHz，Cortex系统时钟用来驱动内核的系统定时器SysTick,SysTick一般用于操作系统的时钟节拍，或普通定时。

C.ADC时钟

ADC时钟由PCLK2经过预分频得到，分频因子可以是[2,4,6,8],具体由时钟配置寄存器CFGR的位15~14，即ADCPRE[1：0]决定。

D.RTC时钟，独立看门狗时钟

RTC时钟可由HSE/128分频得到，也可由低速外部时钟信号LSE提供，频率为32.768kHz,也可由低速内部时钟信号HSI提供，由备份域控制寄存器BDCR的位9~8,即RTCSEL[1:0]配置。独立看门狗的时钟只能由LSI提供，LSI是低速的内部时钟信号，频率为30至60kHz,一般取40kHz。

E.MCO时钟输出

MCO是Microcontrolller Clock Output 的缩写，是微控制器时钟输出引脚，在STM32F1系列中由PA8复用所得，主要作用是对外提供时钟，相当于有源晶振。MCO的时钟来源可以是：PLLCLK/2,HSI,HSE,SYSCLK,具体选哪一个由时钟配置寄存器CFGR的位26~24，即MCO[2:0]决定。

软件设计

编程要点:

1. 开启HSE/HSI,并等待HSE/HSI稳定。
2. 设置AHB,APB2,APB1的分频因子。
3. 设置PLL的时钟来源和 PLL的倍频因子。
4. 开启PLL，等待PLL稳定。
5. 把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK。
6. 读取时钟切换状态位，确保时钟被选为系统时钟。

① 使用HSE配置系统时钟

void HSE_SetSysClock(uint32_t pllmul)
{
	__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStartUpStatus = 0;
	
	//把RCC外设初始化成复位状态
	RCC_DeInit();
	
	//使能HSE,开启外部晶振，
	RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
	
	//等待SHE启动稳定
	HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
	
	//当HSE稳定之后继续往下执行
	if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
	{
		//使能Flash预存取缓存区
		FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
		
		//设置SYSCLK周期与Flash访问时间的比例，这里统一设置成2
		//0： 0<SYSCLK<24M   1:  24M<SYSCLK<48M    2:   48M<SYSCLK<72M
		FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
		
		//AHB预分频因子设置为1,HCLK = SYSCLK
		RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
		
		//APB2预分频因子设置为1，PCLK2 = HCLK
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); 
		
		//APB1预分频因子设置为2，PCLK1 = HCLK/2
		RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
		
		RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2,pllmul);
		
		//开启PLL
		RCC_PLLCmd(ENABLE);
		
		//等待PLL稳定
		while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
			{
				
			}
		
		//当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
		RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
		
		//读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
		while (RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08)
			{
		
			}
	}
		else
			{
				while(1)
					{
					
					}
			}
}

这个函数使用库函数编写，有个形参pllmul,用来设置PLL的倍频因子。
函数调用举例：HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9); 设置时钟为：8MHz * 9 = 72MHz
HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_16); 设置时钟为：8MHz * 16 = 128MHz

② 使用HSI配置系统时钟

void HSI_SetSysClock(uint32_t pllmul)
{
	__IO uint32_t HSIStartUpStatus = 0;
	
	//把RCC外设初始化成复位状态
	RCC_DeInit();
	
	//使能HSI
	RCC_HSICmd(ENABLE);
	
	//等待SHI启动稳定
	HSIStartUpStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY;
	
	//当HSI稳定之后继续往下执行
	if(HSIStartUpStatus == RCC_CR_HSIRDY)
	{
		//使能Flash预存取缓存区
		FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
		
		//设置SYSCLK周期与Flash访问时间的比例，这里统一设置成2
		//0： 0<SYSCLK<24M   1:  24M<SYSCLK<48M    2:   48M<SYSCLK<72M
		FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
		
		//AHB预分频因子设置为1,HCLK = SYSCLK
		RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
		
		//APB2预分频因子设置为1，PCLK2 = HCLK
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
		
		//APB1预分频因子设置为2，PCLK1 = HCLK/2
		RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
		
		RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2,pllmul);
		
		//开启PLL
		RCC_PLLCmd(ENABLE);
		
		//等待PLL稳定
		while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
			{
				
			}
		
		//当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
		RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
		
		//读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
		while (RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08)
			{
		
			}
	}
		else
			{
				while(1)
					{
					
					}
			}
}

HSI设置系统时钟函数与SHE设置系统时钟函数原理上一样，但HSI必须2分频之后才能作为PLL的时钟来源。所以使用HSI时，最大系统时钟SYSCL只能是HSI/216=416=64MHz.函数调用举例：HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);设置系统时钟为：4MHz * 9=36MHz。

③ 软件延时

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

④ MCO输出

在STM32F103系列中，PA8可以复用为MCO引脚，对外提供时钟输出。

void MCO_GPIO_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	//开启GPIOA时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	//选择GPIO8引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
	
	//设置为复用推挽输出
	 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	
	//设置IO的反转速率为50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	//初始化GPIOA8
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
}
//MCO引脚输出可以是HSE,HSI,PLLCL/2,SYSCLK
//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)
{
	//程序来到main函数之前，启动文件statup_stm32f10x_hd.s已经调用
	//SystemInit()函数把系统时钟初始化成72MHz
	//SystemInit()在system_stm32f10x.c中定义
	//重新设置系统时钟，这时候可以选择是使用HSE还是HSI
	//使用HSE时，SYSCLK = 8MHz * RCC_PLLMul_x,x为2~16，最高是128MHZ
	HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);
	//使用HSI时，SYSCLK = 4MHz * RCC_PLLMul_x,x为2~16，最高是64MHZ
	//HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_16);
	//MCO引脚初始化
	MCO_GPIO_Config();
	RCC_MCOConfig(RCC_MCO_SYSCLK);
	//LED端口初始化
	LED_GPIO_Config();
	while(1)
	{
		LED1(ON);
		Delay(0x0FFFFF);
		LED1(OFF);
		Delay(0x0FFFFF);
	}
}

实验：

① MCO输出使用HSE时，SYSCLK = 8MHz * RCC_PLLMul_9=72MHz，HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);

② MCO输出使用HSE时，SYSCLK = 8MHz * RCC_PLLMul_16=128MHz，HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_16);

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