STM32學習筆記（3）：系統時鐘和SysTick定時器

在STM32中，一共有5個時鐘源，分別是HSI、HSE、LSI、LSE、PLL

（1）HSI是高速內部時鐘，RC振蕩器，頻率為8MHz；

（2）HSE是高速外部時鐘，可接石英/陶瓷諧振器，或者接外部時鐘源，頻率范圍是4MHz – 16MHz；

（3）LSI是低速內部時鐘，RC振蕩器，頻率為40KHz；

（4）LSE是低速外部時鐘，接頻率為32.768KHz的石英晶體；

（5）PLL為鎖相環倍頻輸出，嚴格的來說并不算一個獨立的時鐘源，PLL的輸入可以接HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2 – 16倍，但是其輸出頻率最大不得超過72MHz。

其中，40kHz的LSI供獨立看門狗IWDG使用，另外它還可以被選擇為實時時鐘RTC的時鐘源。另外，實時時鐘RTC的時鐘源還可以選擇LSE，或者是HSE的128分頻。

STM32中有一個全速功能的USB模塊，其串行接口引擎需要一個頻率為48MHz的時鐘源。該時鐘源只能從PLL端獲取，可以選擇為1.5分頻或者1分頻，也就是，當需使用到USB模塊時，PLL必須使能，并且時鐘配置為48MHz或72MHz。

另外STM32還可以選擇一個時鐘信號輸出到MCO腳(PA.8)上，可以選擇為PLL輸出的2分頻、HSI、HSE或者系統時鐘。

系統時鐘SYSCLK，它是提供STM32中絕大部分部件工作的時鐘源。系統時鐘可以選擇為PLL輸出、HSI、HSE。系系統時鐘最大頻率為72MHz，它通過AHB分頻器分頻后送給各個模塊使用，AHB分頻器可以選擇1、2、4、8、16、64、128、256、512分頻，其分頻器輸出的時鐘送給5大模塊使用：

（1）送給AHB總線、內核、內存和DMA使用的HCLK時鐘；

（2）通過8分頻后送給Cortex的系統定時器時鐘；

（3）直接送給Cortex的空閑運行時鐘FCLK；

（4）送給APB1分頻器。APB1分頻器可以選擇1、2、4、8、16分頻，其輸出一路供APB1外設使用（PCLK1，最大頻率36MHz），另一路送給定時器(Timer)2、3、4倍頻器使用。該倍頻器可以選擇1或者2倍頻，時鐘輸出供定時器2、3、4使用。

（5）送給APB2分頻器。APB2分頻器可以選擇1、2、4、8、16分頻，其輸出一路供APB2外設使用（PCLK2，最大頻率72MHz），另外一路送給定時器(Timer)1倍頻使用。該倍頻器可以選擇1或2倍頻，時鐘輸出供定時器1使用。另外APB2分頻器還有一路輸出供ADC分頻器使用，分頻后送給ADC模塊使用。ADC分頻器可選擇為2、4、6、8分頻。

需要注意的是定時器的倍頻器，當APB的分頻為1時，它的倍頻值為1，否則它的倍頻值就為2。

連接在APB1(低速外設)上的設備有：電源接口、備份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看門狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模塊雖然需要一個單獨的48MHz的時鐘信號，但是它應該不是供USB模塊工作的時鐘，而只是提供給串行接口引擎(SIE)使用的時鐘。USB模塊的工作時鐘應該是由APB1提供的。

連接在APB2（高速外設）上的設備有：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、GPIOx(PA~PE)、第二功能IO口。

2.STM32時鐘的初始化

由于我現在所用的開發板已經外接了一個8MHz的晶振，因此將采用HSE時鐘，在MDK編譯平臺中，程序的時鐘設置參數流程如下：

(1)將RCC寄存器重新設置為默認值：RCC_DeInit;

(2)打開外部高速時鐘晶振HSE：RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

(3)等待外部高速時鐘晶振工作：HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

(4)設置AHB時鐘(HCLK)：RCC_HCLKConfig;

(5)設置高速AHB時鐘(APB2)：RCC_PCLK2Config;

(6)設置低速AHB時鐘(APB1)：RCC_PCLK1Config;

(7)設置PLL：RCC_PLLConfig;

(8)打開PLL：RCC_PLLCmd(ENABLE);

(9)等待PLL工作：while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

(10)設置系統時鐘：RCC_SYSCLKConfig;

(11)判斷PLL是否是系統時鐘：while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

(12)打開要使用的外設時鐘：RCC_APB2PerphClockCmd()….

某些函數的詳細的使用方法，可以參考ST公司出版的《STM32F10xxx_Library_Manual》

3.SysTick定時器

NVIC中，捆綁著一個SysTick定時器，它是一個24位的倒數計數定時器，當計到0時，將從RELOAD寄存器中自動重裝載定時初值并繼續計數，同時內部的COUNTFLAG標志會置位，觸發中斷(如果中斷使能情況下)。只要不把它在SysTick控制及狀態寄存器中的使能位清除，就用不停息。Cortex-M3允許為SysTick提供2個時鐘源以供選擇，第一個是內核的“自由運行時鐘”FCLK，“自由”表現在它不是來自系統時鐘HCLK，因此在系統時鐘停止時，FCLK也能繼續運行。第2個是一個外部的參考時鐘，但是使用外部時鐘時，因為它在內部是通過FCLK來采樣的，因此其周期必須至少是FCLK的兩倍（采樣定理）。

下面介紹一下STM32中的SysTick，它屬于NVIC控制部分，一共有4個寄存器：

STK_CSR，0xE000E010：控制寄存器

STK_LOAD，0xE000E014：重載寄存器

STK_VAL，0xE000E018：當前值寄存器

STK_CALRB，0xE000E01C：校準值寄存器

首先看STK_CSR控制寄存器，有4個bit具有意義：

第0位：ENABLE，SysTick使能位（0：關閉SysTick功能，1：開啟SysTick功能）；

第1位：TICKINT，SysTick中斷使能位（0：關閉SysTick中斷，1：開啟SysTick中斷）；

第2位：CLKSOURCE，SysTick時鐘選擇（0：使用HCLK/8作為時鐘源，1：使用HCLK）；

第3為：COUNTFLAG，SysTick計數比較標志，如果在上次讀取本寄存器后，SysTick已經數到0了，則該位為1，如果讀取該位，該位自動清零。

STK_LOAD重載寄存器：

Systick是一個遞減的定時器，當定時器遞減至0時，重載寄存器中的值就會被重裝載，繼續開始遞減。STK_LOAD重載寄存器是個24位的寄存器最大計數0xFFFFFF。

STK_VAL當前值寄存器：

也是個24位的寄存器，讀取時返回當前倒計數的值，寫它則使之清零，同時還會清除在SysTick控制及狀態寄存器中的COUNTFLAG標志。

STK_CALRB校準值寄存器：

其中包含著一個TENMS位段，具體信息不詳。暫時用不到。

在MDK開發環境中，我們不必要非得去操作每一個寄存器，可以通過調用ST函數庫中的函數來進行相關的操作，其步驟如下：

（1）調用SysTick_CounterCmd()失能SysTick計數器

（2）調用SysTick_ITConfig()失能SysTick中斷

（3）調用SysTick_CLKSourceConfig()設置SysTick時鐘源

（4）調用SysTick_SetReload()設置SysTick重裝載值

（5）調用NVIC_SystemHandlerPriorityConfig()設置SysTick定時器中斷優先級

（6）調用SysTick_ITConfig()使能SysTick中斷

（7）在stm32f10x_it.c中SysTickHandler()下寫中斷服務函數。

（8）在需要的時候調用SysTick_CounterCmd()開啟SysTick計數器

4.工程實現

根據以上描述，準備利用開發板上的LED燈做一個小實驗，將第一個跑馬燈的實驗稍微改進一下，以1s精確延時的狀態來順序點亮LED燈，采用的定時器就是SysTick。

設計思路是先配置好系統的各個參數，然后設置SysTick定時器每1ms就進入一次中斷，再定義一個全局變量作為定時長短的參數，然后將從延時函數中得到的參數賦值給這個全局變量，每進入一次中斷，這個全局變量就減一次，直到減為0，才跳出延時函數。

1.配置系統時鐘

void RCC_cfg()

{

//定義錯誤狀態變量

ErrorStatus HSEStartUpStatus;

//將RCC寄存器重新設置為默認值

RCC_DeInit();

//打開外部高速時鐘晶振

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

//等待外部高速時鐘晶振工作

HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)

{

//設置AHB時鐘(HCLK)為系統時鐘

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

//設置高速AHB時鐘(APB2)為HCLK時鐘

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

//設置低速AHB時鐘(APB1)為HCLK的2分頻

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

//設置FLASH代碼延時

FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);

//使能預取指緩存

FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

//設置PLL時鐘，為HSE的9倍頻8MHz * 9 = 72MHz

RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);

//使能PLL

RCC_PLLCmd(ENABLE);

//等待PLL準備就緒

while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

//設置PLL為系統時鐘源

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

//判斷PLL是否是系統時鐘

while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

}

//打開PB和PD用于點亮LED燈

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);

}

其中使用到了NVIC的函數，需要將stm32f10xR.lib加入到工程中。