2021年11月12日 | stm32之时钟控制

本文提到的有以下内容：

• 时钟系统与总线矩阵

• SysTick系统定时器

• RTC实时时钟

• 看门狗定时器

• 通用定时器

一、时钟系统与总线矩阵

　　stm32F4的时钟树如下图所示：

　　在STM32中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

• HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。

• HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。

• LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。

• LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

• PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。

　　我们在学习51单片机的时候，其内部是没有晶振的，而stm32是有的。stm32可以通过RCC（时钟控制寄存器）对时钟进行参数配置以及使能。我们还可以通过修改system_stm32f4xx.c文件，来配置上述时钟树上的一些分频、倍频参数，得到理想的频率。

　　 在单片机系统中，CPU和总线以及外设的时钟设置是非常重要的，因为没有时钟就没有时序，组合电路需要好好理解清楚。我们先来看

一下总线矩阵。

　　片上总线标准种类繁多，而由ARM公司推出的AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SoC系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上结构。AMBA规范主要包括了AHB(Advanced High performance Bus)系统总线和APB(Advanced Peripheral Bus)外围总线。二者分别适用于高速与相对低速设备的连接。

 　　一般性的时钟设置需要先考虑系统时钟的来源，是内部RC还是外部晶振还是外部的振荡器，是否需要PLL。然后考虑内部总线和外部总线，最后考虑外设的时钟信号。遵从先倍频作为CPU时钟，然后在由内向外分频，下级迁就上级的原则。  

二、SysTick系统定时器　　

　　SysTick—系统定时器是属于CM4内核中的一个外设，内嵌在NVIC中。系统定时器是一个24bit的向下递减的计数器，计数器每计数一次的时间为1/SYSCLK，一般我们设置系统时钟SYSCLK等于180M。当重装载数值寄存器的值递减到0的时候，系统定时器就产生一次中断，以此循环往复。

　　因为SysTick是属于CM4内核的外设，所以所有基于CM4内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在CM4单片机中可以很容易的移植。

系统定时器一般用于操作系统，用于产生时基，维持操作系统的

心跳。

　　一般用于系统内部运行以及延时函数。

三、RTC实时时钟

　　RTC（Real-Time Clock)实时时钟为操作系统提供了一个可靠的时间，并且在断电的情况下，RTC实时时钟也可以通过电池供电，一直运行下去。

　　RTC通过STRB/LDRB这两个ARM指令向CPU传送8位数据（BCD码）。数据包括秒，分，小时，日期，天，月和年。RTC实时时钟依靠一个外部的32.768Khz的石英晶体，产生周期性的脉冲信号。每一个信号到来时，计数器就加1，通过这种方式，完成计时功能。

　　RTC实时时钟有如下一些特性：

• 1，BCD数据：这些数据包括秒、分、小时、日期、、星期几、月和年。

• 2，闰年产生器

• 3，报警功能：报警中断或者从掉电模式唤醒

• 4，解决了千年虫问题    （详见http://baike.baidu.com/view/9349.htm）

• 5，独立电源引脚RTCVDD

• 6，支持ms中断作为RTOS内核时钟

• 7，循环复位（round reset)功能

　　如图，RTC实时时钟的框架图，XTIrtc和XTOrtc产生脉冲信号，即外部晶振。传给2^15的一个时钟分频器，得到一个128Hz的频率，这个频率用来产生滴答计数。当时钟计数为0时，产生一个TIME TICK中断信号。时钟控制器用来控制RTC实时时钟的功能。复位寄存器用来重置SEC和MIN寄存器。闰年发生器用来产生闰年逻辑。报警发生器用来控制是否产生报警信号。

四、看门狗定时器

　　看门狗定时器又分为独立看门狗IWDG和窗口看门狗WWDG。

1、独立看门狗

　　独立看门狗IWDG其实是一个12位递减计数器，有故障时，计数器减到0，产生复位，无故障时，计数器减到0之前就刷新计数值（喂狗），不进

行复位。其采用独立时钟，主要用于监视硬件错误（不受系统时钟影响）。

2、窗口看门狗

　　窗口看门狗WWDG其实是一个7位递减计数器，有计数上下限，下限位0x40，上限由用户指定，上下限之间刷新计数值则不复位，其他都复位。采

用系统时钟，主要用于监视软件错误。

五、通用定时器

　　stm32的定时器有基本定时器、通用定时器和高级定时器。这里以通用定时器为例，其内部结构如下图所示，需要设置预分频系数，并不是直接

使用APB1的时钟。

　　通用定时器的计数模式分为5种：

• 向上计数：计数器从0计数到自动装载值。

• 向下计数：从自动装载值计数到0。

• 向上向下计数（中心对齐计数）：计数器从0计数到自动装载值，再从自动装载值计数到0，反复循环。

• 输入捕获：测量输入信号的脉宽、PWM波的占空比等。

• 输出比较：PWM波用的就是这种模式。

　　定时器的时间公式：T=((n-1)*(pre-1))/Tclk，其中n为计数值，pre为预分频系数，Tclk为定时器时钟。

　　为什么计数值和预分频系数要减一？因为计数是从0开始的，而预分频系数为0时，表示不分频。

　　定时器用于中断时，注意更新中断标志位。