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stm32系统时钟和SysTick定时器详解


类别:技术文章
来源:未知
作者:未知
关键字:SysTick
加入日期:2012-8-6

系统时钟和SysTick定时器

2011年3月21日 系统时钟和SysTick定时器

1. STM32的时钟系统

在STM32中,一共有5个时钟源,分别是HSI、HSE、LSI、LSE、PLL

(1)HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz;

(2) 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,频率范围是4MHz – 16MHz;

(3)LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40KHz;

(4)LSE是低速外部时钟,接频率为32.768KHz的石英晶体;

(5) PLL为锁相环倍频输出,严格的来说并不算一个独立的时钟源,PLL的输入可以接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。

其中,40kHz的LSI供独立看门狗IWDG使用,另外它还可以被选择为实时时钟RTC的时钟源。另外,实时时钟RTC的时钟源还可以选择LSE,或者是HSE的128分频。

STM32中有一个全速功能的USB模块,其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL端获取,可以选择为1.5分频或者1分频,也就是,当需使用到USB模块时,PLL必须使能,并且时钟配置为48MHz或72MHz。

另外STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA.8)上,可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE或者系统时钟。

系统时钟SYSCLK,它是提供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可以选择为PLL输出、HSI、HSE。系系统时钟最大频率为72MHz,它通过AHB分频器分频后送给各个模块使用,AHB分频器可以选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频,其分频器输出的时钟送给5大模块使用:

(1) 送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟;

(2) 通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟;

(3) 直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK;

(4) 送给APB1分频器。APB1分频器可以选择1、2、4、8、16分频,其输出一路供APB1外设使用(PCLK1,最大频率36MHz),另一路送给定时器(Timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可以选择1或者2倍频,时钟输出供定时器2、3、4使用。

(5) 送给APB2分频器。APB2分频器可以选择1、2、4、8、16分频,其输出一路供APB2外设使用(PCLK2,最大频率72MHz),另外一路送给定时器(Timer)1倍频使用。该倍频器可以选择1或2倍频,时钟输出供定时器1使用。另外APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用,分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。

需要注意的是定时器的倍频器,当APB的分频为1时,它的倍频值为1,否则它的倍频值就为2。

连接在APB1(低速外设)上的设备有:电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz的时钟信号,但是它应该不是供USB模块工作的时钟,而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块的工作时钟应该是由APB1提供的。

连接在APB2(高速外设)上的设备有:UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、GPIOx(PA~PE)、第二功能IO口。

2. STM32时钟的初始化

由于我现在所用的开发板已经外接了一个8MHz的晶振,因此将采用HSE时钟,在MDK编译平台中,程序的时钟设置参数流程如下:

(1) 将RCC寄存器重新设置为默认值:RCC_DeInit;

(2) 打开外部高速时钟晶振HSE: RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

(3) 等待外部高速时钟晶振工作: HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

(4) 设置AHB时钟(HCLK): RCC_HCLKConfig;

(5) 设置高速AHB时钟(APB2): RCC_PCLK2Config;

(6) 设置低速AHB时钟(APB1): RCC_PCLK1Config;

(7) 设置PLL: RCC_PLLConfig;

(8) 打开PLL: RCC_PLLCmd(ENABLE);

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

(10)设置系统时钟: RCC_SYSCLKConfig;

(11)判断PLL是否是系统时钟: while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

(12)打开要使用的外设时钟: RCC_APB2PerphClockCmd()….

某些函数的详细的使用方法,可以参考ST公司出版的《STM32F10xxx_Library_Manual》

3. SysTick定时器

NVIC中,捆绑着一个SysTick定时器,它是一个24位的倒数计数定时器,当计到0时,将从RELOAD寄存器中自动重装载定时初值并继续计数,同时内部的 COUNTFLAG 标志会置位,触发中断 (如果中断使能情况下)。只要不把它在SysTick控制及状态寄存器中的使能位清除,就用不停息。Cortex-M3允许为SysTick提供2个时钟源以供选择,第一个是内核的“自由运行时钟”FCLK,“自由”表现在它不是来自系统时钟HCLK,因此在系统时钟停止时,FCLK也能继续运行。第2个是一个外部的参考时钟,但是使用外部时钟时,因为它在内部是通过FCLK来采样的,因此其周期必须至少是FCLK的两倍(采样定理)。

下面介绍一下STM32中的SysTick,它属于NVIC控制部分,一共有4个寄存器:

STK_CSR, 0xE000E010: 控制寄存器

STK_LOAD, 0xE000E014: 重载寄存器

STK_VAL, 0xE000E018: 当前值寄存器

STK_CALRB, 0xE000E01C: 校准值寄存器



首先看STK_CSR控制寄存器,有4个bit具有意义:

第0位:ENABLE,SysTick使能位(0:关闭SysTick功能,1:开启SysTick功能);

第1位:TICKINT,SysTick中断使能位(0:关闭SysTick中断,1:开启SysTick中断);

第2位:CLKSOURCE,SysTick时钟选择(0:使用HCLK/8作为时钟源,1:使用HCLK);

第3为:COUNTFLAG,SysTick计数比较标志,如果在上次读取本寄存器后,SysTick已经数到0了,则该位为1,如果读取该位,该位自动清零。

STK_LOAD重载寄存器:

Systick是一个递减的定时器,当定时器递减至0时,重载寄存器中的值就会被重装载,继续开始递减。STK_LOAD 重载寄存器是个24位的寄存器最大计数0xFFFFFF。

STK_VAL当前值寄存器:

也是个24位的寄存器,读取时返回当前倒计数的值,写它则使之清零,同时还会清除在SysTick 控制及状态寄存器中的COUNTFLAG 标志。

STK_CALRB校准值寄存器:

其中包含着一个TENMS位段,具体信息不详。暂时用不到。

在MDK开发环境中,我们不必要非得去操作每一个寄存器,可以通过调用ST函数库中的函数来进行相关的操作,其步骤如下:

(1) 调用SysTick_CounterCmd() 失能SysTick计数器

(2) 调用SysTick_ITConfig() 失能SysTick中断

(3) 调用SysTick_CLKSourceConfig() 设置SysTick时钟源

(4) 调用SysTick_SetReload() 设置SysTick重装载值

(5) 调用NVIC_SystemHandlerPriorityConfig() 设置SysTick定时器中断优先级

(6) 调用SysTick_ITConfig() 使能SysTick中断

(7) 在stm32f10x_it.c中SysTickHandler()下写中断服务函数。

(8) 在需要的时候调用SysTick_CounterCmd() 开启SysTick计数器



4. 工程实现

根据以上描述,准备利用开发板上的LED灯做一个小实验,将第一个跑马灯的实验稍微改进一下,以1s精确延时的状态来顺序点亮LED灯,采用的定时器就是SysTick。

设计思路是先配置好系统的各个参数,然后设置SysTick定时器每1ms就进入一次中断,再定义一个全局变量作为定时长短的参数,然后将从延时函数中得到的参数赋值给这个全局变量,每进入一次中断,这个全局变量就减一次,直到减为0,才跳出延时函数。

1. 配置系统时钟

void RCC_cfg()

{

//定义错误状态变量

ErrorStatus HSEStartUpStatus;



//将RCC寄存器重新设置为默认值

RCC_DeInit();



//打开外部高速时钟晶振

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);



//等待外部高速时钟晶振工作

HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)

{

//设置AHB时钟(HCLK)为系统时钟

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);



//设置高速AHB时钟(APB2)为HCLK时钟

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);



//设置低速AHB时钟(APB1)为HCLK的2分频

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);



//设置FLASH代码延时

FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);



//使能预取指缓存

FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);



//设置PLL时钟,为HSE的9倍频 8MHz * 9 = 72MHz

RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);



//使能PLL

RCC_PLLCmd(ENABLE);



//等待PLL准备就绪

while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);



//设置PLL为系统时钟源

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);



//判断PLL是否是系统时钟

while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

}



//打开PB和PD用于点亮LED灯

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);

}

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

2. 配置SysTick定时器

void SysTick_cfg()

{

//设置失能SysTick定时器

SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Disable);



//设置失能SysTick中断

SysTick_ITConfig(DISABLE);



//设置SysTick的时钟源为AHB时钟

SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);



//设置重装载值,由于SysTick是AHB时钟,即72MHz,所以重装载值设置为72000,即每1ms重新装载一次

SysTick_SetReload(72000);



//设置SysTick定时器中断优先级

NVIC_SystemHandlerPriorityConfig(SystemHandler_SysTick, 1, 0);



//设置使能SysTick中断

SysTick_ITConfig(ENABLE);

}



3. 编写延时函数

void Delay(u32 nTime)

{

TimingDelay = nTime;



//允许SysTick定时器

SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Enable);



//循环等待定时时间到

while(TimingDelay != 0);



//禁止SysTick定时器

SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Disable);



//清空SysTick定时器

SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Clear);

}



4. 设置通用IO口

void GPIO_cfg()

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; //定义GPIO宏操作结构体



GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //将B5口配置为通用推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //口线翻转速度为50MHz

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //配置GPIOB口



GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_3; //将D3和D6口配置为推挽输出

GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //配置GPIOD口

}

5. 中断服务函数

void SysTickHandler(void)

{

TimingDelay--;

}

其中TimingDelay这个全局变量在使用的时候需要在stm32f10x_it.c中进行一下声明,要不然不能使用,其声明语句是:

extern vu32 TimingDelay;

在延时程序中一直检测TimingDelay这个全局变量,只有当其减为0的时候,才跳出延时函数。

6. 主程序

#include "stm32f10x_lib.h"

vu32 TimingDelay;

void RCC_cfg();

void SysTick_cfg();

void Delay(u32 nTime);
void GPIO_cfg();

int main()

{

RCC_cfg(); //配置RCC时钟

SysTick_cfg(); //配置SysTick定时器

GPIO_cfg(); //配置通用IO口

while(1)

{

GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);

GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3);



Delay(1000); //延时1s



GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);

GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);



Delay(1000);



GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);

GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);

GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3);



Delay(1000);

}
}

在延时函数Delay的参数中,可以填入任意的32bits的整数,延时单位是ms。至此,SysTick定时器和系统时钟的设置就到此基本上全部讲完了。


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