你應(yīng)該知道的STM32F04x單片機(jī)時(shí)鐘切換教程

本次編寫的教程主要是針對STM32F04x系列的單片機(jī)，對于STM32單片機(jī)的時(shí)鐘，想必使用過STM32的人都比較清楚，STM32它是基于?Cortex?-Mx系列內(nèi)核的微處理器，芯片內(nèi)部集成了豐富的外設(shè)。同時(shí)也集成了內(nèi)部的時(shí)鐘源。也就是說芯片不需要外接晶振就可以運(yùn)行。但是大多數(shù)的使用情況都是使用了芯片外部的晶振，包括官方的標(biāo)準(zhǔn)固件庫也都是默認(rèn)使用外部晶振，但是有些特殊情況下，不需要使用外部晶振，這樣可以節(jié)省一個(gè)晶振和兩個(gè)諧振電容，最主要的是可以節(jié)省PCB板子的面積。但如果使用內(nèi)部晶振，就得要編寫程序，更改相關(guān)寄存器的值，切換至內(nèi)部晶振才可以。對于芯片時(shí)鐘源切換這樣的事情，對高手來說是很簡單，對于新手來說就有些搞不清了，因此本教程敘述一下STM32F04x系列單片機(jī)時(shí)鐘源切換的流程。

既然是切換單片機(jī)的時(shí)鐘源，就不能不了解下芯片內(nèi)部的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)，幾乎所有的STM32芯片，官方在手冊中都會描述一下芯片內(nèi)部的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)。STM32F04x也不列外，下面是STM32F04x系列單片機(jī)的時(shí)鐘樹：（摘自官方手冊）

圖中序號說明：

①：外部時(shí)鐘源的輸入端。這個(gè)時(shí)鐘源是系統(tǒng)時(shí)鐘，可用的時(shí)鐘源頻率范圍是（4~32）MHz。

②：外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)鐘源輸入端。這個(gè)時(shí)鐘源是計(jì)時(shí)使用，所以它的頻率是固定在32.768KHz。

③：芯片內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。可以控制相關(guān)的寄存器，選擇內(nèi)部的時(shí)鐘信號從這個(gè)端口對外輸出。

④：內(nèi)部高速48MHz的時(shí)鐘源。該頻率不需要倍頻就可以直接給芯片的提供48MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘信號。

⑤：內(nèi)部低速8MHz的時(shí)鐘源。該頻率可以倍頻或不倍頻給系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號。（但是STM32F04x芯片最高頻率是48MHz）

⑥：PLL倍頻模塊。該模塊可以選擇內(nèi)部8M或外部時(shí)鐘為輸入，經(jīng)倍頻后給芯片系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號。

⑦：SW系統(tǒng)時(shí)鐘源選擇器。通過控制寄存器來選擇相關(guān)的時(shí)鐘源為芯片系統(tǒng)使用。

本次要切換的時(shí)鐘源是①HSE外部時(shí)鐘源和⑤內(nèi)部8M時(shí)鐘源。不知大家是否留意過，市面上出售的各種STM32的開發(fā)板其外部的時(shí)鐘基本都是8MHz的，這是為什么呢？主要原因是讓初學(xué)者更快的上手。大家可以結(jié)合上圖的時(shí)鐘樹和官方的固件庫就可以得知，芯片內(nèi)部的時(shí)鐘源頻率是8MHz，而官方的固件庫中配置系統(tǒng)時(shí)鐘源的時(shí)候，定義的相關(guān)變量和函數(shù)等，也都是用8MHz為基礎(chǔ)進(jìn)行定義的。這樣一來，初學(xué)者就可以暫時(shí)不需要很清楚的了解時(shí)鐘結(jié)構(gòu)的情況下，快速進(jìn)行開發(fā)。節(jié)省了很多的時(shí)間，同時(shí)也降低了上手的難度。如果一開始就讓初學(xué)者要清楚的去了解芯片的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)，這樣對于能力強(qiáng)的人是無所謂的。但是對新手來說不是一個(gè)好的開始，也有可能會打擊學(xué)習(xí)的信心。

看完芯片的時(shí)鐘樹后，在看看官方的固件庫是怎么實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘信號的配置：

STM32的芯片在啟動的時(shí)候，都是先從啟動文件開始執(zhí)行的，而上圖中的程序就是在啟動文件中調(diào)用的，從上面的程序中可以看出，芯片在啟動的時(shí)候使用了（默認(rèn)）內(nèi)部的8MHz時(shí)鐘。之后是清除與時(shí)鐘相關(guān)的一切設(shè)置，最后調(diào)用了一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置函數(shù)，該函數(shù)的源代碼如下：

上圖的函數(shù)就是在芯片復(fù)位完與時(shí)鐘相關(guān)寄存器后，進(jìn)行配置系統(tǒng)時(shí)鐘源時(shí)調(diào)用的函數(shù)，該函數(shù)主要是進(jìn)行了五個(gè)操作，分別是①啟用外部時(shí)鐘源，②設(shè)置PLL的輸入時(shí)鐘源于PLL的倍頻系數(shù)，③設(shè)置FLASH預(yù)取指與延遲周期，④設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘分頻系數(shù)和外設(shè)總線時(shí)鐘分頻系數(shù)，⑤設(shè)置PLL模塊輸出頻率為系統(tǒng)時(shí)鐘源。這是官方默認(rèn)的設(shè)置，從這里就可以看出，如果外部使用了8MHz的晶振時(shí)，PLL模塊倍頻6倍。則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率是8*6=48MHz。如果我們不想使用外部的晶振，則只能在這里進(jìn)行編程設(shè)置相關(guān)寄存器的數(shù)值，達(dá)到我們的目的。具體的程序如下：

上圖是程序的設(shè)置過程是：

①開啟內(nèi)部8MHz時(shí)鐘（這一步也可以不寫，因?yàn)樾酒想姾竽J(rèn)開啟了內(nèi)部8MHz時(shí)鐘）。

②等待內(nèi)部時(shí)鐘穩(wěn)定。

③配置FLASH預(yù)取指與等待周期。

④設(shè)置HPRE與PPRE的分頻系數(shù)。（一般情況下這兩個(gè)總線是不分頻的，除非對功耗有要求則需要分頻）

⑤設(shè)置PLL的輸入源和PLL模塊的倍頻系數(shù)。

（在設(shè)置PLL模塊時(shí)，必須先清除對該模塊的相關(guān)設(shè)置位，因?yàn)橹挥性赑LL模塊關(guān)閉的情況下才能寫入相關(guān)的控制信息）

⑥等待PLL模塊輸出穩(wěn)定。

⑦設(shè)置PLL模塊為系統(tǒng)時(shí)鐘。

⑧等待設(shè)置PLL模塊為系統(tǒng)時(shí)鐘完成。

按照上述過程配置完相關(guān)寄存器后，芯片的系統(tǒng)時(shí)鐘就設(shè)置為內(nèi)部的8MHz。經(jīng)過PLL模塊倍頻*6后，系統(tǒng)的最高頻率是8*6=48MHz。

在配置芯片的內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，要注意的是：官方的固件庫中默認(rèn)是使用外部晶振，并在時(shí)鐘配置函數(shù)SetSysClock中進(jìn)行了外部時(shí)鐘穩(wěn)定等待，假如外部時(shí)鐘啟動失敗的時(shí)候，默認(rèn)是沒有相關(guān)函數(shù)去處理。所以，如果你的PCB板子上并沒有焊接外部的晶振時(shí)，切換時(shí)鐘的函數(shù)就寫在官方固件庫system_stm32f0xx文件中的SetSysClock函數(shù)中，這樣一來啟動過程中就直接將內(nèi)部時(shí)鐘初始化為芯片的系統(tǒng)時(shí)鐘。