STM32最小系统板教程第三章第2讲|STM32时钟系统及实现准确延时

Original 电子开发学习电子开发学习 2021-01-31

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本讲知识点：STM32时钟系统、准确毫秒级、微秒级延时

3.2.1 STM32时钟系统

时钟系统在单片机中的作用就好比人类的心脏于人一样不可或缺。STM32单片机的时钟系统相对51单片机的时钟而言比较复杂，了解过51单片机的人可能有所疑惑，问什么STM32的时钟不像51一样只用一个时钟源而是采用多个时钟源呢？原因就在于STM32的外设资源比起51来说是相当丰富，而不同的外设之间所需要的时钟也是不同的，比如看门狗以及RTC只需几十KHz的时钟即可工作。同时，时钟越快功耗也越大，抗电磁干扰能力也会减弱，因此复杂的MCU通常都是采用多时钟源来解决这些问题。

图3-2-1 STM32时钟系统

乍一眼看着，STM32时钟系统很繁杂，其实它只不过是一张“ 纸老虎 ”。在STM32中，共有五个时钟源，分别为HSE、LSE、HSI、LSI、PLL。图3-1经过笔者分类讲解，相信初学者对STM32的时钟系统会有一个清晰的认识。

① HSE是高速外部时钟，可接外部时钟源，频率范围4-16MHz，本开发板外接8MHz的晶振。

② LSE是低速外部时钟，本开发板外接了32.768KHz的晶振，作为RTC的时钟。

③ HSI是高速内部时钟，内部RC振荡器，提供8MHz的时钟。

④ LSI是低速内部时钟，内部RC振荡器，提供40KHz的时钟，独立看门狗的时钟必须来源于它，同时它也可以给RTC提供时钟。

⑤ PLL是锁相环倍频，它的来源可以是HSI/2、HSE或HSE/2，倍频范围为2-16倍，但是其输出的最大频率不超过72MHz。

A：MCO是STM32的一个时钟输出IO（PA8）引脚，可以给外部其他系统提供时钟源。输出来源可以是PLLCLK/2、HSI、HSE或者SYSCLK（系统时钟）。

B：RTC时钟源选择，可以是HSE/128、LSE或者LSI。

C：这是STM32的系统时钟，它给STM32绝大多数外设提供时钟，SYSCLK来源可以选择PLLCLK倍频输出、HSE、或者HSI，它的最大频率为72MHz。

D：这是USB的时钟为48MHz,它来自PLL时钟源，可以选择为PLLCLK/1或者PLLCLK/1.5。

E：这部分便是其他所有外设了，从时钟树中可以看出，它们都是源自SYSCLK，然后大部分外设通过AHB预分频器获取时钟，其中部分外设的时钟会由APB1和APB2预分频器来确定。APB1（最大36MHz）上接的是低速外设包含电源接口、CAN、USB、I2C、UART2等。APB2（最大72MHz）上接的是高速外设包含UART1、SPI1、TIM1、ADC1、所有GPIO口等。

至此，STM32的时钟系统就先讲到这里，反复熟悉并经过实际应用相信大家可以掌握它。

3.2.2 SysTick定时器简介

Cortex M3内核内部包含了一个SysTick定时器，它是一个24位的倒计数定时器，当计数为0时，该定时器会从RELOAD寄存器中自动装载初值，开始新的计数。SysTick定时器包含了CTRL、LOAD、VAL、CALIB 4个寄存器，一般不会用到CALIB寄存器，这里笔者只介绍前三个寄存器。

图3-2-2 CTRL寄存器位定义

图3-2-3 LOAD寄存器位定义

图3-2-4 VAL寄存器位定义

3.2.3 利用SysTick实现准确延时

图3-2-5 启动项文件

图3-2-6 系统初始化

图3-2-7 系统时钟宏定义

图3-2-8 系统时钟设置

首先打开本节课程对应的源码，在 startup_stm32f10x_md.s 源文件中，可以找到图3-2-5中128-137行的代码，这段代码指的是系统在上电复位后执行的一段汇编代码，可以看出先执行SystemInit（系统初始化）在执行Main（主函数）。然后打开 system_stm32f10x.c 定位到图3-2-6所示212行代码处，这就是SystemInit函数原形，接着定位到262行代码处，看到SetSysClock（设置系统时钟）函数，再定位到419行处找到SetSysClock函数原形，可以看出该函数根据不同宏定义执行相应的设置系统时钟函数，由图3-2-7宏定义设置可以看出，系统上电复位后主频默认为72MHz。

图3-2-9 延时初始化

打开delay.c源文件，首先定义了两个全局变量 D_us（延时微妙系数）、D_ms（延时毫秒系数），然后看到Delay_Init（）函数，函数里第一行代码含义为设置Systick（系统定时器）时钟为系统时钟8分频，之前说过系统时钟上电复位后时钟为72MHz，所以这里Systick时钟为9MHz。也就是说，Systick计数器VAL寄存器里的值每减少1则需要花费1/9 us的时间，函数里第二行代码D_us=72MHz（72000000）/8000000，即D_us=9，这行代码的含义为在72MHz的时钟下，Systick->VAL寄存器的值递减9次即为延时1us，第三行代码为计算延时毫秒系数。

图3-2-10 us延时函数

图3-2-11 ms延时函数

图3-2-10、3-2-11所示即为微秒、毫秒延时函数，我们需要延时多少us就传入多少us的参数，ms延时同理。这里需要注意的是SysTick->LOAD是一个24bit（位）的寄存器，因此它最大可以传入的参数值为224/9即为1864135,也就是最大可以延时1864 ms，当我们需要延时超过1864 ms的时候就需要多次循环调用Delay_ms（uint32_t nms）这个函数。以上就是利用SysTick定时器来实现一个比较准确的延时。

接下来，我们编写一个GPIO翻转的函数，在主函数while里循环执行，高电平的周期为1s。

图3-2-12 GPIO翻转延时测试代码

图3-2-13 示波器实际测量

由图3-2-13可以看出，利用示波器实际测量的PC13管脚翻转频率为1.00 Hz，占空比为50.00 %，周期为997.403 ms，所以这个延时函数还是比较准确的，后续的延时我们都会调用这两个延时函数。

本讲内容就到这里，趁热打铁，大家亲自动手试一试吧

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