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[RISC-V MCU 应用开发] 第一百零三章、CH32V103应用教程——RCC—HSE/HSI时钟配置

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 楼主| RISCVLAR 发表于 2021-7-14 16:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
时钟配置, se, rc, PLL, 系统时钟, ST
CH32V103应用教程——RCC—HSE/HSI时钟配置

本章教程主要讲述如何使用HSE或HSI配置系统时钟，可配合CH32V103应用手册第三章学习本教程。

1、HSI、HSE简介
HSI是系统内部 8MHz 的 RC 振荡器产生的高速时钟信号。HSI RC 振荡器能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟。它的启动时间很短但时钟频率精度较差。HSI 通过设置 RCC_CTLR 寄存器中的 HSION 位被启动和关闭，HSIRDY 位指示 HSI RC 振荡器是否稳定。系统默认 HSION 和 HSIRDY 置 1（建议不要关闭）。如果设置了 RCC_INTR 寄存器的 HSIRDYIE 位，将产生相应中断。
  出厂校准：制造工艺的差异会导致每个芯片的 RC 振荡频率不同，所以在芯片出厂前，会为每颗芯片进行 HSI 校准。系统复位后，工厂校准值被装载到 RCC_CTLR 寄存器的 HSICAL[7:0]中。
  用户调整：基于不同的电压或环境温度，应用程序可以通过 RCC_CTLR 寄存器里的 HSITRIM[4:0]位来调整 HSI 频率。
注：如果 HSE 晶体振荡器失效，HSI 时钟会被作为备用时钟源（时钟安全系统）。
HSE 是外部的高速时钟信号，包括外部晶体/陶瓷谐振器产生或者外部高速时钟送入。
外部晶体/陶瓷谐振器（HSE 晶体）：外接 4-16MHz 外部振荡器为系统提供更为精确的时钟源。进一步信息可参考数据手册的电气特性部分。HSE 晶体可以通过设置 RCC_CTLR 寄存器中的 HSEON位被启动和关闭，HSERDY 位指示 HSE 晶体振荡是否稳定，硬件在 HSERDY 位置 1 后才将时钟送入系统。如果设置了 RCC_INTR 寄存器的 HSERDYIE 位，将产生相应中断。
图片1.png

注：负载电容需要尽可能地靠近振荡器引脚，并根据晶体厂家参数选择容值。
外部高速时钟源（HSE 旁路）：此模式从外部直接送入时钟源到 OSC_IN 引脚，OSC_OUT 引脚悬空。最高支持 25MHz 频率。应用程序需在 HSEON 位为 0 情况下，置位 HSEBYP 位，打开 HSE 旁路功能，然后再置
位 HSEON 位。
图片2.png
MCO是microcontroller clock output的缩写，是微控制器时钟输出引脚，在 CH32V103系列中由PA8复用所得，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，具体选哪个由时钟配置寄存器0的位 26-24：MCO[2:0]决定。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。
通常在程序中，我们都是使用HSE经过PLL倍频之后作为系统时钟。HSE作为外部晶振大小通常为8M，PLL的倍频因子设置为9，因此系统时钟大小为72M。CH32V103系统时钟最高是80M。在CH32V103标准库函数中，可以在启动文件startup_ch32v10x.S中看到，在跳转到main函数之前，会先调用SystemInit()函数把系统始终初始化成72MHz，如下图。关于SystemInit()函数具体配置，可在system_ch32v10x.c文件中查看。
图片3.png
当HSE出现故障不能使用的时候，如果开启了时钟安全系统，将切换到HSI时钟下。时钟安全系统是控制器的一种运行保护机制，它可以在 HSE 时钟发送故障的情况下，切换到 HSI时钟下，并产生中断通知，允许应用程序软件完成营救操作。
通过设置 RCC_CTLR 寄存器的 CSSON 位置 1，激活时钟安全系统。此时，时钟监测器将在 HSE 振荡器启动（HSERDY=1）延迟后被使能，并在 HSE 时钟关闭后关闭。一旦系统运行过程中 HSE 时钟发生故障，HSE 振荡器将被关闭，时钟失效事件将被送到高级定时器(TIM1 和 TIM8)的刹车输入端，并产生时钟安全中断，CSSF 位置 1，并且应用程序进入 NMI 不可屏蔽中断，通过置位 CSSC 位，可以清除CSSF 位标志，可撤销 NMI 中断挂起位。
如果当前 HSE 作为系统时钟，或者当前 HSE 作为 PLL 输入时钟，PLL 作为系统时钟，时钟安全系统将在 HSE 故障时自动将系统时钟切换到 HSI 振荡器，并关闭 HSE 振荡器和 PLL。
在此处需要注意的是：CH32与STM32不同，STM32F103内部8M时钟输入PLL需要2分频，CH32内部8M经过增强配置，可不分频输入PLL。芯片可以在使用HSI时工作于72MHz主频。为了兼容STM32标准库，同时又为了保证CH32内部8M可不分频输入PLL，CH32提供了一个配置扩展寄存器，通过配置扩展寄存器（EXTEND_CTR）位4，可设置HSI时钟是否分频，具体如下图所示：
图片4.png
关于扩展配置寄存器，其功能描述具体可参考CH32V103应用手册。
关于CH32V103 RCC具体信息，可参考CH32V103应用手册。

2、硬件设计
RCC为单片机内部资源，无需进行硬件连接。但本章教程需要通过LED闪烁快慢现象观察系统主频高低，因此需要将PA0和PA1与开发板LED灯引脚连接起来。

3、软件设计
本章教程主要讲述如何使用HSE和HSI配置系统时钟，具体程序如下：
clk.h文件
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  1. #ifndef __CLK_H
    

  2. #define __CLK_H
    


  3. 

  4. #include  "ch32v10x.h"
    


  5. 

  6. void HSE_SetSysClock(uint32_t pllmul);
    

  7. void HSI_SetSysClock(uint32_t pllmul);
    


  8. 

  9. #endif
clk.h文件主要进行函数声明；
clk.c文件
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  1. 

  2. #include "clk.h"
    


  3. 

  4. /*
    

  5.  * 使用HSE时，设置系统时钟的步骤
    

  6.  * 1、开启HSE ，并等待 HSE 稳定
    

  7.  * 2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
    

  8.  * 3、设置PLL的时钟来源，和PLL的倍频因子，设置各种频率主要就是在这里设置
    

  9.  * 4、开启PLL，并等待PLL稳定
    

  10.  * 5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
    

  11.  * 6、读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
    

  12.  */
    


  13. 

  14. /* 设置 系统时钟:SYSCLK, AHB总线时钟:HCLK, APB2总线时钟:PCLK2, APB1总线时钟:PCLK1
    

  15.  * PCLK2 = HCLK = SYSCLK
    

  16.  * PCLK1 = HCLK
    

  17.  * 参数说明：pllmul是PLL的倍频因子，在调用的时候可以是：RCC_PLLMul_x , x:[2,3,...16]
    

  18.  * 举例：User_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);  则设置系统时钟为：8MHZ * 9 = 72MHZ
    

  19.  * HSE作为时钟来源，经过PLL倍频作为系统时钟，这是通常的做法
    

  20.  */
    


  21. 

  22. void HSE_SetSysClock(uint32_t pllmul)
    

  23. {
    

  24.     __IO uint32_t HSEStartUpStatus = 0;
    


  25. 

  26.   // 把RCC外设初始化成复位状态
    

  27.   RCC_DeInit();
    


  28. 

  29.   //使能HSE，开启外部晶振，野火开发板用的是8M
    

  30.   RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
    


  31. 

  32.   // 等待 HSE 启动稳定
    

  33.   HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
    


  34. 

  35.     // 只有 HSE 稳定之后则继续往下执行
    

  36.   if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
    

  37.   {
    

  38. //----------------------------------------------------------------------//
    

  39.     // 这两句是操作FLASH闪存用到的，如果不操作FLASH的话，这两个注释掉也没影响
    

  40.     // 使能FLASH 预存取缓冲区
    

  41.     FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
    


  42. 

  43.     // SYSCLK周期与闪存访问时间的比例设置，这里统一设置成2
    

  44.     // 设置成2的时候，SYSCLK低于48M也可以工作，如果设置成0或者1的时候，
    

  45.     // 如果配置的SYSCLK超出了范围的话，则会进入硬件错误，程序就死了
    

  46.     // 0：0 < SYSCLK <= 24M
    

  47.     // 1：24< SYSCLK <= 48M
    

  48.     // 2：48< SYSCLK <= 72M
    

  49.     FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
    

  50. //----------------------------------------------------------------------//
    


  51. 

  52.     // AHB预分频因子设置为1分频，HCLK = SYSCLK
    

  53.     RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
    


  54. 

  55.     // APB2预分频因子设置为1分频，PCLK2 = HCLK
    

  56.     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
    


  57. 

  58.     // APB1预分频因子设置为1分频，PCLK1 = HCLK/2
    

  59.     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
    


  60. 

  61. //-----------------设置各种频率主要就是在这里设置-------------------//
    

  62.     // 设置PLL时钟来源为HSE，设置PLL倍频因子
    

  63.     // PLLCLK = 8MHz * pllmul
    

  64.     RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, pllmul);
    

  65. //------------------------------------------------------------------//
    


  66. 

  67.     // 开启PLL
    

  68.     RCC_PLLCmd(ENABLE);
    


  69. 

  70.     // 等待 PLL稳定
    

  71.     while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
    

  72.     {
    

  73.     }
    


  74. 

  75.     // 当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
    

  76.     RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
    


  77. 

  78.     // 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
    

  79.     while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
    

  80.     {
    

  81.     }
    

  82.   }
    

  83.   else
    

  84.   {
    

  85.     // 如果HSE开启失败，那么程序就会来到这里，用户可在这里添加出错的代码处理
    

  86.     // 当HSE开启失败或者故障的时候，单片机会自动把HSI设置为系统时钟，HSI是内部的高速时钟，8MHZ
    

  87.     while (1)
    

  88.     {
    

  89.     }
    

  90.   }
    

  91. }
    


  92. 


  93. 

  94. /*
    

  95.  * 使用HSI时，设置系统时钟的步骤
    

  96.  * 1、开启HSI ，并等待 HSI 稳定
    

  97.  * 2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
    

  98.  * 3、设置PLL的时钟来源，和PLL的倍频因子，设置各种频率主要就是在这里设置
    

  99.  * 4、开启PLL，并等待PLL稳定
    

  100.  * 5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
    

  101.  * 6、读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
    

  102.  */
    


  103. 

  104. /* 设置 系统时钟:SYSCLK, AHB总线时钟:HCLK, APB2总线时钟:HCLK2, APB1总线时钟:PCLK1
    

  105.  * PCLK2 = HCLK = SYSCLK
    

  106.  * PCLK1 = HCLK
    

  107.  * 参数说明：pllmul是PLL的倍频因子，在调用的时候可以是：RCC_PLLMul_x , x:[2,3,...16]
    

  108.  *
    

  109.  * HSI作为时钟来源，经过PLL倍频作为系统时钟，这是在HSE故障的时候才使用的方法
    

  110.  * HSI会因为温度等原因会有漂移，不稳定，一般不会用HSI作为时钟来源，除非是迫不得已的情况
    

  111.  * 如果HSI要作为PLL时钟的来源的话，可选择二分频或者不分频直接输入PLL。芯片可以在使用HSI时工作在72MHz主频
    

  112.  * HSI作为PLL输入时钟，演示系统时钟为 24MHz、48MHz、72MHz。
    

  113.  * HSI/2作为PLL输入时钟，演示系统时钟为 24MHz、48MHz
    

  114.  */
    

  115. void HSI_SetSysClock(uint32_t pllmul)
    

  116. {
    


  117. 

  118. #if (PLL_Source == HSI)
    

  119.   EXTEN->EXTEN_CTR |= EXTEN_PLL_HSI_PRE;  //HSI时钟作为PLL输入时钟
    

  120. #endif
    


  121. 

  122.   __IO uint32_t HSIStartUpStatus = 0;
    


  123. 

  124.   // 把RCC外设初始化成复位状态
    

  125.   RCC_DeInit();
    


  126. 

  127.   //使能HSI
    

  128.   RCC_HSICmd(ENABLE);
    


  129. 

  130.   // 等待 HSI 就绪
    

  131.   HSIStartUpStatus = RCC->CTLR & RCC_HSIRDY;
    


  132. 

  133.   // 只有 HSI就绪之后则继续往下执行
    

  134.   if (HSIStartUpStatus == RCC_HSIRDY)
    

  135.   {
    

  136. //----------------------------------------------------------------------//
    

  137.     // 这两句是操作FLASH闪存用到的，如果不操作FLASH的话，这两个注释掉也没影响
    

  138.     // 使能FLASH 预存取缓冲区
    

  139.     FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
    


  140. 

  141.     // SYSCLK周期与闪存访问时间的比例设置，这里统一设置成2
    

  142.     // 设置成2的时候，SYSCLK低于48M也可以工作，如果设置成0或者1的时候，
    

  143.     // 如果配置的SYSCLK超出了范围的话，则会进入硬件错误，程序就死了
    

  144.     // 0：0 < SYSCLK <= 24M
    

  145.     // 1：24< SYSCLK <= 48M
    

  146.     // 2：48< SYSCLK <= 72M
    

  147.     FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
    

  148. //----------------------------------------------------------------------//
    


  149. 

  150.     // AHB预分频因子设置为1分频，HCLK = SYSCLK
    

  151.     RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
    


  152. 

  153.     // APB2预分频因子设置为1分频，PCLK2 = HCLK
    

  154.     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
    


  155. 

  156.     // APB1预分频因子设置为1分频，PCLK1 = HCLK/2
    

  157.     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
    


  158. 

  159. //-----------------设置各种频率主要就是在这里设置-------------------//
    

  160.     // 若设置PLL时钟来源为HSI，设置PLL倍频因子
    

  161.     // PLLCLK = 8MHz * pllmul
    

  162.     // 若设置PLL时钟来源为HSI/2，设置PLL倍频因子
    

  163.     // PLLCLK = 4MHz * pllmul
    

  164.     RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, pllmul);
    

  165. //------------------------------------------------------------------//
    


  166. 

  167.     // 开启PLL
    

  168.     RCC_PLLCmd(ENABLE);
    


  169. 

  170.     // 等待 PLL稳定
    

  171.     while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
    

  172.     {
    

  173.     }
    


  174. 

  175.     // 当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
    

  176.     RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
    


  177. 

  178.     // 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
    

  179.     while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
    

  180.     {
    

  181.     }
    

  182.   }
    

  183.   else
    

  184.   {
    

  185.     // 如果HSI开启失败，那么程序就会来到这里，用户可在这里添加出错的代码处理
    

  186.     // 当HSE开启失败或者故障的时候，单片机会自动把HSI设置为系统时钟，HSI是内部的高速时钟，8MHZ
    

  187.     while (1)
    

  188.     {
    

  189.     }
    

  190.   }
    

  191. }
    


  192.
clk.c文件主要介绍使用HSE和HSI配置系统时钟，具体说明见程序注释。此处需要注意的是，当我们单独使用HSE和HSI配置系统时钟时，需要将system_ch32v10x.c文件的时钟全部注释掉，具体如下图：
图片5.png
Main.c文件
复制
  1. /********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
    

  2. * File Name          : main.c
    

  3. * Author             : WCH
    

  4. * Version            : V1.0.0
    

  5. * Date               : 2020/04/30
    

  6. * Description        : Main program body.
    

  7. *******************************************************************************/
    


  8. 

  9. // 程序来到main函数之前，启动文件：statup_ch32v10x.S已经调用SystemInit()函数把系统时钟初始化成72MHZ
    

  10. // SystemInit()在system_ch32v10x.c中定义
    

  11. // 如果用户想修改系统时钟，可自行编写程序修改,本章教程主要介绍用户如何编写程序修改系统时钟以及通过PA8引脚输出相关时钟
    


  12. 

  13. #include "debug.h"
    

  14. #include "clk.h"
    


  15. 

  16. #define HSI      0   //HSI
    

  17. #define HSI_1_2  1   //HSI/2
    


  18. 

  19. #define PLL_Source   HSI
    

  20. //#define PLL_Source   HSI_1_2
    


  21. 

  22. //  软件延时函数，使用不同的系统时钟，延时不一样
    

  23. void Delay(__IO uint32_t nCount)
    

  24. {
    

  25.     for(; nCount != 0; nCount--);
    

  26. }
    


  27. 

  28. void MCO_GPIO_Init(void)
    

  29. {
    

  30.     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    

  31.     // 开启GPIOA的时钟
    

  32.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    


  33. 

  34.     // 选择GPIO8引脚
    

  35.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    


  36. 

  37.     //设置为复用功能推挽输出
    

  38.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    


  39. 

  40.     //设置IO的翻转速率为50M
    

  41.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    


  42. 

  43.     // 初始化GPIOA8
    

  44.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  45. }
    


  46. 

  47. void LED_Init(void)
    

  48. {
    


  49. 

  50.     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;                     //定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体
    


  51. 

  52.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);     //使能与LED相关的GPIO端口时钟
    


  53. 

  54.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;      //配置GPIO引脚
    

  55.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;          //设置GPIO模式为推挽输出
    

  56.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;         //设置GPIO口输出速度
    

  57.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                    //调用库函数，初始化GPIOA
    


  58. 

  59.     GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1);                //设置引脚输出高电平
    


  60. 

  61. }
    


  62. 

  63. /*******************************************************************************
    

  64. * Function Name  : main
    

  65. * Description    : Main program.
    

  66. * Input          : None
    

  67. * Return         : None
    

  68. *******************************************************************************/
    

  69. int main(void)
    

  70. {
    


  71. 


  72. 

  73.     USART_Printf_Init(115200);
    

  74.         MCO_GPIO_Init();
    

  75.         LED_Init();
    


  76. 

  77.         printf("This is HSE&HSI example\r\n");
    


  78. 

  79.     // 重新设置系统时钟，根据需要修改，CH32V103最高可设置为80MH，但通常使用72M作为默认设置
    

  80.     // SYSCLK = 8M * RCC_PLLMul_x, x:[2,3,...16]
    

  81.     HSE_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);
    

  82.     //HSI_SetSysClock(RCC_PLLMul_9);
    


  83. 

  84.     // 设置MCO引脚输出时钟，用示波器即可在PA8测量到输出的时钟信号
    

  85.     // MCO引脚输出可以是HSE,HSI,PLLCLK/2,SYSCLK
    

  86.     //RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSE);             // 8M
    

  87.     //RCC_MCOConfig(RCC_MCO_HSI);             // 8M
    

  88.     //RCC_MCOConfig(RCC_MCO_PLLCLK_Div2);     // 36M
    

  89.     RCC_MCOConfig(RCC_MCO_SYSCLK);            // 72M
    


  90. 

  91.     while (1)
    

  92.     {
    

  93.         GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1);        // 亮
    

  94.         Delay(0x0FFFFF);
    

  95.         GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1);      // 灭
    

  96.         Delay(0x0FFFFF);
    

  97.     }
    

  98. }
    


  99.
Main.c文件主要进行相关函数初始化以及通过MCO输出时钟，此外可通过LED闪烁情况查看系统时钟大小。

4、下载验证
将编译好的程序下载到开发板并复位，可通过LED灯闪烁查看系统时钟大小，系统时钟越大，闪烁越快。
利用示波器检测MCO引脚PA8时钟输出频率，结果如下。
图片6.png

102、RCC-HSE、HSI时钟配置.rar

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