4.配置系统时钟思路及方法

前言:

比起之前用过的三星的猎户座4412芯片,STM32F4的系统时钟可以说是小巫见大巫,首先我们需要清晰时钟产生的原理:**几乎大多数的芯片都是由晶振产生一个比较低频的频率,然后通过若干个PLL得到单片机能承受的频率(作为主频),再通过其他手段将PLL出来的频率降频分给其他外设使用。**一个时钟树一般先对复杂,我们先调出主频(及编程好时钟源、PLL倍频这一部分)其他的之后再说,如此编程才不会太复杂。

实际上这个一般厂家会给一个配置文件的,但是如果要自己做些超频之类的操作,就要彻底掌握时钟树的配置了,见人见智,追求技术的这个内容是逃不掉的。

编程思路:1.PLL倍频因子配置 2..PLL时钟源激活和切换(上电后单片机会选择一个默认的时钟源,可能是晶振也可能是内部RC电路产生的频率) 3.切换系统时钟

时钟资源概览:

下面先看一下我们这个F4的系统时钟资源,查看手册可知系统复位后是默认选择HSI这个内部RC电路产生的时钟作为这个单片机的系统时钟,但是我们要的是PLL产生的时钟。

下面看手册PLL配置的说明(可以把时钟树截图出来作参考,不过主要编程还是靠手册的文字描述),可知RCC_PLLCFGR 可以用来配置PLL(PLLI2S可以先不管,先搞出主频再说),那就配置它吧。寄存器就不放出来了,自己看手册,这里给出寄存器各个位的配置值及解释

RCC_PLLCFGR寄存器配置


可见:
PLL = VCO / PLLP
VCO = PLL时钟源*(PLLN / PLLM)
一共涉及P / N / M 三个因子,以及PLL时钟源。
PLL就是我们要选的系统时钟,PLL = 168M,如果PLLP选的是2,那么VCO就得是168*2 = 336 。VCO是336,我们的PLL时钟源如果选的是外部晶振(探索者这个开发板上晶振是8M),那么PLLN/PLLM就得等于 VCO / PLL时钟源 = 336 / 8 = 42 ,所以PLLN除以PLLM必须是等于42,PLLN配置为336(可以在192和432这个数值间任意取),则PLLM配置为 336 / 42 = 8 .分频因子就搞定了。
下面开始配置 RCC_PLLCFGR
bit[5:0]: 设置PLLM为8,即0x8<<0
bit[14:6]: 设置PLLN为336,即336<<6
bit[17:16]:设置PLLP为2,即0<<16
bit[22]: 设置PLL和PLLI2S时钟源,设为1<<22,选择HES晶振
bit[27:24]:设置USB OTG之类的时钟,随便设一个,0x7<<24
其他使用默认值,编程如下:

RCC->PLLCFGR = 0x24003010 ;//复位值
RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 | 0<<16 | 336<<6 | 0x8<<0 ;

这样PLL就配置好了,PLL的时钟源我们选择的是HES,它还没有激活,所以 在PLL配置这一步之前,还需要将HSE激活

RCC_CR寄存器配置

查看手册HSE部分,可知要换时钟源要操作RCC_CR寄存器,时钟中断我们不需要。

同样,配置寄存器RCC_CR:(真真苦力活~)
bit[0]: HSI的开关,这个呢暂时还不能关闭,要让HSE生效之后才能关闭,不然单片机一个时钟都没有没法工作。
bit[1]: HSI的状态 1是ok,0是不ok
bit[16]: HSE的开关,置为1<<16,打开
bit[17]: HSE的状态,它就绪之后才能配置PLL,配置完PLL才能切换系统时钟(HSI时钟---->>PLL时钟)
bit[18]: HSE时钟旁路,这个要关掉,因为我们要用的是HSE晶振,配置为0<<18
bit[24]: PLL的开关,这个还没配置好之前要关掉
bit[25]:PLL是否稳定的标志
其他不管,RCC->CR复位时的默认值是 让HSI正常工作的,其他都是0,所以不改动它原有的,在它原有的值基础上进行幅值
1.配置使得HSE开始工作:

RCC->CR | = 1<<16;
u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了
if(retry==0X1FFF)status=1;    //当然如果超过了一定时间也会跳出,表示HSE无法就绪

2.打开PLL并等待其稳定

RCC->CR|=1<<24;			//打开主PLL
while((RCC->CR&(1<<25))==0);//等待PLL准备好 

使PLL倍频出很高的频率

有了上面的东西,我们就可以使PLL倍频出很高的频率了,结合上面两个寄存器:

RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 | 0<<16 | 336<<6 | 0x8<<0 ;//配置PLL倍频因子

RCC->CR | = 1<<16;//激活HSE晶振
u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了
if(retry==0X1FFF)status=1; 

else{//激活HSE完成了

		RCC->CR|=1<<24;			//打开主PLL
		while((RCC->CR&(1<<25))==0);//PLL稳定


}

现在PLL理论上已经有了晶振倍频后的频率了,下面切换PLL作为系统时钟:

切换PLL作为系统时钟

查看手册,知道RCC_CFGR是管这个事的:再一波嘎嘎配置

bit[1:0]:0x2<<0 切换PLL作为系统时钟

bit[3:2]:这两个位可以读出是否切换完成,如果读出来是0x2就是切换成PLL成功

bit[7:4]:这四个位是配置AHB分频的,我记得是不分频的,设为0000 即0x0<<4

bit[12:10]: 这三个位是配置APB1分频的 设为4分频,即0x5<<10

bit[15:13]:这三个位是配置APB2分频的 设为2分频,即0x4<<13

bit[20:16]:这五个位是配置RTC分频的 可以先随便设一个设为HSE/2,即0x2<<16

其他不用管

RCC_CFGR = 0;//清零

RCC_CFGR = 0x2<<16 | 0x4<<13 | 0x5<<10 | 0x0<<4 | 0x2<<0 ;//切换PLL为系统时钟并且设置其他分频

while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作为系统时钟成功. 

这样,综合上面所有的代码就是:

    u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
    u8 status=0;   
    
//按照上面的分析思路,编程流程就是:

//1.配置PLL倍频因子
    RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 |0<<16 |336<<6 |0x8<<0 ;

//2.激活HSE晶振
    RCC->CR |= 1<<16;
    while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了

    if(retry==0X1FFF)status=1;
    else{
    //激活HSE完成了
     
//3.打开PLL等待PLL输出稳定
     RCC->CR|=1<<24;			
     while((RCC->CR&(1<<25))==0);

//4.切换PLL输出为系统时钟
     RCC->CFGR = 0;//清零
     RCC->CFGR =0x2<<16 |0x4<<13 | 0x5<<10 | 0x0<<4 |0x2<<0;//切换PLL为系统时钟并且设置其他分频
     while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作为系统时钟成功.现在主频是168M了
    }

验证测试:

下面可以用串口来打印,验证是不是设置完成。

可见是ok了的~说明上面的系统时钟配置没问题。main函数

疑难杂症:

如果你的整个main函数是这样的:是配置完时钟后也是没法正常工作的

#include "sys.h"
#include "usart.h" 
#include "delay.h" 

u16 myconut;
//systick中断服务函数,使用OS时用到
void SysTick_Handler(void)
{	
    myconut++;
    if(myconut>=1000){
        myconut=0;
        printf("hello\r\n");
    }

}

int main(void)
{ 
	u8 t=0;

    
    u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
    u8 status=0;
    

    
//按照上面的分析思路,编程流程就是:

//1.配置PLL倍频因子
    RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 |0<<16 |336<<6 |0x8<<0 ;

//2.激活HSE晶振
    RCC->CR |= 1<<16;
    while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了

    if(retry==0X1FFF)status=1;
    else{
    //激活HSE完成了
     
//3.打开PLL等待PLL输出稳定
     RCC->CR|=1<<24;			
     while((RCC->CR&(1<<25))==0);

//4.切换PLL输出为系统时钟
     RCC->CFGR = 0;//清零
     RCC->CFGR =0x2<<16 |0x4<<13 | 0x5<<10 | 0x0<<4 |0x2<<0;//切换PLL为系统时钟并且设置其他分频
     while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作为系统时钟成功.现在主频是168M了
    }


	delay_init(168);		//初始化延时函数
    
    NVIC_SetPriorityGrouping(2);
    SysTick_Config(168000);//1ms中断一次
    NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);
    
	uart_init(84,115200);	//串口初始化为115200
	while(1)
	{

	}
}

原因是缺少了这样几行关于CPU的代码:将它加在时钟配置代码的上方即可正常运行了

    	FLASH->ACR|=1<<8;		//指令预取使能.
		FLASH->ACR|=1<<9;		//指令cache使能.
		FLASH->ACR|=1<<10;		//数据cache使能.
		FLASH->ACR|=5<<0;		//5个CPU等待周期. 

正点原子是把它放在时钟配置里的,我也不知道为啥,但是我觉得它和时钟配置是没什么关系的,应该是另一部分的知识。正点原子时钟配置中还有这样两句关于电源的代码,我实测去掉也是可以的,不过应该还是加上比较好,但是时钟配置的部分手册没有提到,我也就没有在上面说,以免它出现的很突兀。同样要加的话加在时钟配置代码之前即可。

		RCC->APB1ENR|=1<<28;	//电源接口时钟使能
		PWR->CR|=3<<14; 		//高性能模式,时钟可到168Mhz

完事了~系统时钟就是这样配置啦,这个算是简单的,像能跑linux的那种芯片,就得依靠厂家给的来写或者修改了,自己写的总有不到位的地方~

整个main.c代码如下:

#include "sys.h"
#include "usart.h" 
#include "delay.h" 
//ALIENTEK 探索者STM32F407开发板 实验0
//新建工程实验  
//技术支持:www.openedv.com
//广州市星翼电子科技有限公司
u16 myconut;
//systick中断服务函数,使用OS时用到
void SysTick_Handler(void)
{	
    myconut++;
    if(myconut>=1000){
        myconut=0;
        printf("hello\r\n");
    }

}

int main(void)
{ 
	u8 t=0;
    //plln,pllm,pllp,pllq
	//Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);//设置时钟,168Mhz
    
    
    u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
    u8 status=0;
    
    //CPU相关的初始化
    FLASH->ACR|=1<<8;		//指令预取使能.
    FLASH->ACR|=1<<9;		//指令cache使能.
    FLASH->ACR|=1<<10;		//数据cache使能.
    FLASH->ACR|=5<<0;		//5个CPU等待周期. 
    //电源相关的初始化
    RCC->APB1ENR|=1<<28;	//电源接口时钟使能
    PWR->CR|=3<<14; 		//高性能模式,时钟可到168Mhz
    
//按照博客的分析思路,系统时钟配置的编程流程就是:

//1.配置PLL倍频因子
    RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 |0<<16 |336<<6 |0x8<<0 ;

//2.激活HSE晶振
    RCC->CR |= 1<<16;
    while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了

    if(retry==0X1FFF)status=1;
    else{
    //激活HSE完成了
     
//3.打开PLL等待PLL输出稳定
     RCC->CR|=1<<24;			
     while((RCC->CR&(1<<25))==0);

//4.切换PLL输出为系统时钟
     RCC->CFGR = 0;//清零
     RCC->CFGR =0x2<<16 |0x4<<13 | 0x5<<10 | 0x0<<4 |0x2<<0;//切换PLL为系统时钟并且设置其他分频
     while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作为系统时钟成功.现在主频是168M了
    }


	delay_init(168);		//初始化延时函数
    
    NVIC_SetPriorityGrouping(2);
    SysTick_Config(168000);//1ms中断一次
    NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);
    
	uart_init(84,115200);	//串口初始化为115200
	while(1)
	{

	}
}
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