你应该知道的STM32F04x单片机时钟切换教程

电子工程师 2019-04-22 3877

嵌入式技术

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本次编写的教程主要是针对STM32F04x系列的单片机，对于STM32单片机的时钟，想必使用过STM32的人都比较清楚，STM32它是基于 Cortex®-Mx系列内核的微处理器，芯片内部集成了丰富的外设。同时也集成了内部的时钟源。也就是说芯片不需要外接晶振就可以运行。但是大多数的使用情况都是使用了芯片外部的晶振，包括官方的标准固件库也都是默认使用外部晶振，但是有些特殊情况下，不需要使用外部晶振，这样可以节省一个晶振和两个谐振电容，最主要的是可以节省PCB板子的面积。但如果使用内部晶振，就得要编写程序，更改相关寄存器的值，切换至内部晶振才可以。对于芯片时钟源切换这样的事情，对高手来说是很简单，对于新手来说就有些搞不清了，因此本教程叙述一下STM32F04x系列单片机时钟源切换的流程。

既然是切换单片机的时钟源，就不能不了解下芯片内部的时钟结构，几乎所有的STM32芯片，官方在手册中都会描述一下芯片内部的时钟结构。STM32F04x也不列外，下面是STM32F04x系列单片机的时钟树：（摘自官方手册）

图中序号说明：

①：外部时钟源的输入端。这个时钟源是系统时钟，可用的时钟源频率范围是（4~32）MHz。

②：外部实时时钟的时钟源输入端。这个时钟源是计时使用，所以它的频率是固定在32.768KHz。

③：芯片内部时钟输出端。可以控制相关的寄存器，选择内部的时钟信号从这个端口对外输出。

④：内部高速48MHz的时钟源。该频率不需要倍频就可以直接给芯片的提供48MHz的系统时钟信号。

⑤：内部低速8MHz的时钟源。该频率可以倍频或不倍频给系统提供时钟信号。（但是STM32F04x芯片最高频率是48MHz）

⑥：PLL倍频模块。该模块可以选择内部8M或外部时钟为输入，经倍频后给芯片系统提供时钟信号。

⑦：SW系统时钟源选择器。通过控制寄存器来选择相关的时钟源为芯片系统使用。

本次要切换的时钟源是①HSE外部时钟源和⑤内部8M时钟源。不知大家是否留意过，市面上出售的各种STM32的开发板其外部的时钟基本都是8MHz的，这是为什么呢？主要原因是让初学者更快的上手。大家可以结合上图的时钟树和官方的固件库就可以得知，芯片内部的时钟源频率是8MHz，而官方的固件库中配置系统时钟源的时候，定义的相关变量和函数等，也都是用8MHz为基础进行定义的。这样一来，初学者就可以暂时不需要很清楚的了解时钟结构的情况下，快速进行开发。节省了很多的时间，同时也降低了上手的难度。如果一开始就让初学者要清楚的去了解芯片的时钟结构，这样对于能力强的人是无所谓的。但是对新手来说不是一个好的开始，也有可能会打击学习的信心。

看完芯片的时钟树后，在看看官方的固件库是怎么实现系统时钟信号的配置：

STM32的芯片在启动的时候，都是先从启动文件开始执行的，而上图中的程序就是在启动文件中调用的，从上面的程序中可以看出，芯片在启动的时候使用了（默认）内部的8MHz时钟。之后是清除与时钟相关的一切设置，最后调用了一个系统时钟设置函数，该函数的源代码如下：

上图的函数就是在芯片复位完与时钟相关寄存器后，进行配置系统时钟源时调用的函数，该函数主要是进行了五个操作，分别是①启用外部时钟源，②设置PLL的输入时钟源于PLL的倍频系数，③设置FLASH预取指与延迟周期，④设置系统时钟分频系数和外设总线时钟分频系数，⑤设置PLL模块输出频率为系统时钟源。这是官方默认的设置，从这里就可以看出，如果外部使用了8MHz的晶振时，PLL模块倍频6倍。则系统的时钟频率是8*6=48MHz。如果我们不想使用外部的晶振，则只能在这里进行编程设置相关寄存器的数值，达到我们的目的。具体的程序如下：

上图是程序的设置过程是：

①开启内部8MHz时钟（这一步也可以不写，因为芯片上电后默认开启了内部8MHz时钟）。

②等待内部时钟稳定。

③配置FLASH预取指与等待周期。

④设置HPRE与PPRE的分频系数。（一般情况下这两个总线是不分频的，除非对功耗有要求则需要分频）

⑤设置PLL的输入源和PLL模块的倍频系数。

（在设置PLL模块时，必须先清除对该模块的相关设置位，因为只有在PLL模块关闭的情况下才能写入相关的控制信息）

⑥等待PLL模块输出稳定。

⑦设置PLL模块为系统时钟。

⑧等待设置PLL模块为系统时钟完成。

按照上述过程配置完相关寄存器后，芯片的系统时钟就设置为内部的8MHz。经过PLL模块倍频*6后，系统的最高频率是8*6=48MHz。

在配置芯片的内部时钟时，要注意的是：官方的固件库中默认是使用外部晶振，并在时钟配置函数SetSysClock中进行了外部时钟稳定等待，假如外部时钟启动失败的时候，默认是没有相关函数去处理。所以，如果你的PCB板子上并没有焊接外部的晶振时，切换时钟的函数就写在官方固件库system_stm32f0xx文件中的SetSysClock函数中，这样一来启动过程中就直接将内部时钟初始化为芯片的系统时钟。

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