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STM32时钟简介以及如何修改、测量时钟频率

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 楼主| 王小琪 发表于 2023-1-9 15:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
时钟, hz, ST, STM, STM32
本帖最后由 王小琪 于 2023-1-9 15:42 编辑

一、时钟简介先来个时钟总览图片，时钟的介绍一时半会也说不完，就挑重点的简单说说



①HSI 内部高速时钟,RC振荡器，频率为8MHz，精度不高。
②HSE 外部高速时钟,可接石英/陶瓷谐振器，频率范围为4MHz~16MHz，一般是8MHZ。
③LSI 内部低速时钟，RC振荡器，频率为40kHz，精度不高。
④LSE 外部低速时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

⑤SYSCLK系统时钟，三个来源HSI（8M）、PLLCLK（4M-128M）、HSE（4-16M）。一般是通过PLLCK倍频设置为72M，即SYSCLK=PLLCK=72M
二、为什么STM32F103开发板系统时钟SYSCLK为72MHZ？
首先我们随便打开一个开发板的标准库函数历程，此处以正点原子战舰开发板LED为例子
我们可以看到在main.c中并没有配置时钟，那么SYSCLK是在哪配置的呢。
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  1. #include "sys.h"
    

  2. #include "delay.h"
    

  3. #include "usart.h"
    

  4. #include "led.h"
    

  5.  int main(void)
    

  6.  {        
    

  7.         delay_init();            //延时函数初始化          
    

  8.         LED_Init();                          //初始化与LED连接的硬件接口
    

  9.         while(1)
    

  10.         {
    

  11.                 LED0=0;
    

  12.                 LED1=1;
    

  13.                 delay_ms(300);         //延时300ms
    

  14.                 LED0=1;
    

  15.                 LED1=0;
    

  16.                 delay_ms(300);        //延时300ms
    

  17.         }
    

  18.  }
那是因为时钟是靠SystemInit函数来配置的，而且SystemInit函数是在main函数之前执行的。我们可以打开启动文件startup_stm32f10x_hd.s 如下图，可以很清楚的看出来在main()之前就配置好了时钟

那么为什么时钟是72M，不是36M呢，继续往下看，我们可以看到在system_stm32f10x.c里面看到官方固件库默认定义了SYSCLK_FREQ_72MHz，所以会调用SetSysClockTo72这个函数。

如果要使用其它频率，那就解开其他相应的注释（只保留一个不被注释）。
但是由于这是官方固件库的文件，建议不要随意修改。
至此，我们找到了72MHZ的来源，并没有在main()函数里面写出来，而是在启动之后，main()之前就将时钟配置好了。
三、如何修改系统时钟SYCSLK，并测量
上篇文章写了为什么STM32的系统时钟默认为72MHZ，ST官方固件库的启动文件会在main之前调用SystemInit(),初始化时钟，由于我们不可能去修改官方库文件，所以想要修改系统时钟，只能自己重新写时钟函数，需要引入一个源文件clk.c和一个头文件clk.h

复制
  1. //clk.h
    

  2. #ifndef __CLKCONFIG_H
    

  3. #define        __CLKCONFIG_H
    


  4. 

  5. #include "stm32f10x.h"
    


  6. 

  7. void HSE_SetSysClock(uint32_t pllmul);
    

  8. void HSI_SetSysClock(uint32_t pllmul);
    


  9. 

  10. #endif
复制
  1. //clk.c
    

  2. #include "clk.h"
    

  3. #include "stm32f10x_rcc.h"
    


  4. 

  5. void HSE_SetSysClock(uint32_t pllmul)
    

  6. {
    

  7.         __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStartUpStatus = 0;        
    

  8.         SystemInit();
    

  9.   RCC_DeInit();// 把RCC外设初始化成复位状态，这句是必须的  
    

  10.   RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);//使能HSE，开启外部晶振8M 
    

  11.   HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();// 等待 HSE 启动稳定
    

  12.   if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)// 只有 HSE 稳定之后则继续往下执行
    

  13.   {
    

  14.     FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
    

  15.     FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);  
    

  16.     RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); // AHB预分频因子设置为1分频，HCLK = SYSCLK      
    

  17.     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);// APB2预分频因子设置为1分频，PCLK2 = HCLK     
    

  18.     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);// APB1预分频因子设置为1分频，PCLK1 = HCLK/2                         
    

  19.         RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, pllmul);// PLLCLK = 8MHz * pllmul
    

  20.     RCC_PLLCmd(ENABLE);// 开启PLL     
    

  21.     while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)// 等待 PLL稳定
    

  22.     {
    

  23.     }   
    

  24.     RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);// 当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK    
    

  25.     while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)// 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
    

  26.     {
    

  27.     }
    

  28.   }
    

  29.   else
    

  30.   { 
    

  31.     while (1)
    

  32.     {
    

  33.     }
    

  34.   }
    

  35. }
需要修改系统时钟的时候，只需要在main()里面加入相关函数即可，如下：
复制
  1. int main(void)
    

  2.  {                
    

  3.         HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);//SYSCLK为8*9=72M
    

  4.         while(1)
    

  5.         {        
    

  6.         }          
    

  7. }
修改完了之后，怎么知道我的时钟有没有修改过来呢，有什么方法可以测量呢？
如下图，PA8有一个功能是MCO，在STM32F10系列中主要作用是可以对外提供时钟，相当于一个有源晶振。MCO的时钟来源可以是：PLLCLK/2、HSI、HSE、SYSCLK。除了对外提供时钟这个作用之外，我们还可以通过示波器监控 MCO 引脚的时钟输出来验证我们的系统时钟配置是否正确。



所以我们需要先将PA8设置为时钟输出脚，然后用示波器测量PA8引脚即可观察到时钟的频率。
复制
  1. //配置PA8作为MCO输出IO配置
    

  2. void MCO_GPIO_Config(void)
    

  3. {
    

  4.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 开启GPIOA的时钟        
    

  5.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);                
    

  6.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;// 选择GPIO8引脚                
    

  7.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//设置为复用功能推挽输出                
    

  8.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//设置IO的翻转速率为50M        
    

  9.         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 初始化GPIOA8
    

  10. }
复制
  1.  int main(void)
    

  2.  {                
    

  3.         HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);//SYSCLK为8*9=72M
    

  4.         MCO_GPIO_Config();//配置IO        
    

  5.         RCC_MCOConfig(RCC_MCO_SYSCLK);
    

  6.         //RCC_MCOConfig(RCC_MCO_PLLCLK_Div2);
    

  7.         while(1)
    

  8.         {        
    

  9.         }          
    

  10. }        

从上图可以看到MCO输出需小于50MHZ，这个是单片机的性能决定的，实测外部晶振为8M时，7倍频后依旧可以测得56MHZ的频率，但为了稳定性，建议MCO输出不要超过50MHZ。
下图为设置频率和实测频率图片，注意第二张图和第三张图，因为MCO输出需小于50MHZ，所以当频率为72MHZ的时候，MCO只能输出五十几兆，而MCO也可以输出PLLCLK/2，即SYSCLK/2=36M<50M，所以也可以证明SYSCLK为72M。


四、如何通过串口调试助手打印系统时钟SYSCLK
首先代码如下
复制
  1.  int main(void)
    

  2.  {                
    

  3.         RCC_ClocksTypeDef rcc_clocks; //定义结构体变量
    

  4.         HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);//SYSCLK?8*9=72M
    

  5.         delay_init();                     //延时函数初始化          
    

  6.         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);          //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
    

  7.         uart_init(115200);         //串口初始化为115200
    

  8.         RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks);//获取不同时钟频率
    

  9.            while(1)
    

  10.         {        
    

  11.                 printf("\r\nSYSCLK = %d MHz\n",rcc_clocks.SYSCLK_Frequency/1000000);
    

  12.                 delay_ms(1000); 
    

  13.         }         
    

  14.  }


首先需要定义一个结构体变量RCC_ClocksTypeDef rcc_clocks;，结构体中的成员可在stm32f2xx_rcc.c中看到。分别是SYSCLK 、HCLK 、PCLK1 、PCLK2 、ADCCLK ，所以上面五个频率均可以打印出来。我们只打印SYSCLK

代码中其他的就很常规了，配置时钟、初始化延时函数、配置中断、串口初始化。在大循环中间隔1s打印各个时钟频率，可以看到结果如下。





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