STM32互连型系列产品分为两个型号: STM32F105和STM32F107。STM32F105具有USB OTG 和CAN2.0B接口。STM32F107在USB OTG 和CAN2.0B接口基础上增加了以太网10/100 MAC模块 。片上集成的以太网MAC支持MII和RMII,因此,实现一个完整的以太网收发器只需一个外部PHY芯片。只使用一个25MHz晶振即可给整个微控制器提供时钟频率,包括以太网和USB OTG外设接口。微控制器还能产生一个25MHz或50MHz的时钟输出,驱动外部以太网PHY层芯片,从而为客户节省了一个附加晶振。
音频功能方面,新系列微控制器提供两个I2S音频接口,支持主机和从机两种模式,既用作输入又可用作输出,分辨率为16位或32位。音频采样频率从8kHz到96kHz。利用新系列微控制器强大的处理性能,开发人员可以用软件实现音频编解码器,从而消除了对外部组件的需求。
把U盘插入微控制器的USB OTG接口,可以现场升级软件;也可以通过以太网下载代码进行软件升级。这个功能可简化大型系统网络(如远程控制器或销售终端设备)的管理和维护工作。
一、硬件上的连接问题
如果使用内部RC振荡器而不使用外部晶振,请按照如下方法处理:
1)对于100脚或144脚的产品,OSC_IN应接地,OSC_OUT应悬空。
2)对于少于100脚的产品,有2种接法:
i)OSC_IN和OSC_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EMC性能。
ii)分别重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1,再配置PD0和PD1为推挽输出并输出‘0’。此方法可以减小功耗并(相对上面i)节省2个外部电阻。
对上图的分析如下:
重要的时钟:
PLLCLK,SYSCLK,HCKL,PCLK1,PCLK2 之间的关系要弄清楚;
1、HSI:高速内部时钟信号 stm32单片机内带的时钟 (8M频率) 精度较差
2、HSE:高速外部时钟信号 精度高来源(1)HSE外部晶体/陶瓷谐振器(晶振) (2)HSE用户外部时钟
3、LSE:低速外部晶体 32.768kHz主要提供一个精确的时钟源一般作为RTC时钟使用
在STM32中,有五个时钟源,为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,频率范围为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,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。
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。RTC的时钟源通过RTCSEL[1:0]来选择。
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输出端获取,可以选择为1.5分频或者1分频,也就是,当需要使用USB模块时,PLL必须使能,并且时钟频率配置为48MHz或72MHz。
另外,STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)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,它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为72MHz,它通过AHB分频器分频后送给各模块使用,AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB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),另一路送给定时器(TImer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者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。
在以上的时钟输出中,有很多是带使能控制的,例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。当需要使用某模块时,记得一定要先使能对应的时钟。
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时钟信号,但它应该不是供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模块工作的时钟应该是由APB1提供的。
连接在APB2(高速外设)上的设备有:UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。
涉及的寄存器:
RCC 寄存器结构,RCC_TypeDeff,在文件“stm32f10x_map.h”中定义如下:
typedef struct
{
vu32 CR; //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能
vu32 CFGR; //PLL等的时钟源选择以及分频系数设定
vu32 CIR; // 清除/使能时钟就绪中断
vu32 APB2RSTR; //APB2线上外设复位寄存器
vu32 APB1RSTR; //APB1线上外设复位寄存器
vu32 AHBENR; //DMA,SDIO等时钟使能
vu32 APB2ENR; //APB2线上外设时钟使能
vu32 APB1ENR; //APB1线上外设时钟使能
vu32 BDCR; //备份域控制寄存器
vu32 CSR;
} RCC_TypeDef;
这些寄存器的具体定义和使用方式参见芯片手册,因为C语言的开发可以不和他们直接打交道,当然如果能够加以理解和记忆,无疑是百利而无一害。
如果外接晶振为8Mhz,最高工作频率为72Mhz,显然需要用PLL倍频9倍,这些设置都需要在初始化阶段完成。为了方便说明,以例程的RCC设置函数,并用中文注释的形式加以说明:
static void RCC_Config(void)
{
RCC_DeInit();
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
//上面这句例程中缺失了,但却很关键
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
RCC_PLLCmd(ENABLE);
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
{}
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
{}
}
//使能外围接口总线时钟,注意各外设的隶属情况,不同芯片的分配不同,到时候查手册就可以
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_FSMC, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE |
RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG |
RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
}
由上述程序可以看出系统时钟的设定是比较复杂的,外设越多,需要考虑的因素就越多。同时这种设定也是有规律可循的,设定参数也是有顺序规范的,这是应用中应当注意的,例如PLL的设定需要在使能之前,一旦PLL使能后参数不可更改。
经过此番设置后,对于外置8Mhz晶振的情况下,系统时钟为72Mhz,高速总线和低速总线2都为72Mhz,低速总线1为36Mhz,ADC时钟为12Mhz,USB时钟经过1.5分频设置就可以实现48Mhz的数据传输。
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。
时钟控制寄存器(RCC_CR)
eg:RCC-》CR|=0x00010000; //外部高速时钟使能HSEON
RCC-》CR|=0x01000000; //使能PLLON
RCC-》CR》》25; //等待PLL锁定
时钟配置寄存器(RCC_CFGR)
eg: RCC-》CFGR=0x00000400; //APB1=DIV2;APB2=DIV1(不分频);AHB=DIV1(不分频);
根据STM32库函数设置时钟流程:
RCC_DeInit(); //设置RCC寄存器重新设置为默认值
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); //打开外部高速时钟晶振
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); //等待外部高速时钟晶振工作
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS) //外部就绪
{
//Add here PLL ans system clock config
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); //设置AHB时钟不分频
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); //设置APB2时钟不分频
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); //设置APB1时钟二分频
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //设置ADC时钟六分频
//设置PLL时钟将8M时钟9倍频到72M
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);
RCC_PLLCmd(ENABLE); //使能PLL
FlagStatus Status;
Status = RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY);
if(Status == RESET)
{
……
}
RCC_SYSCLKConfig(RCC-SYSCLKSource_PLLCLK); //将PLL输出设置为系统时钟
while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08) //测试PLL是否被用作系统时钟等待校验完成
{}
}
else
{
//Add here some code to deal with this error
}
//使能外围接口总线时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd() / RCC_APB1PeriphClockCmd()
具体配置过程:
第一步:
复位并配置向量表。
函数MYRCC_DeInit();
下面对该函数进行分析:
(1) 设置外设复位寄存器:RCC-》APB1RSTR = 0x00000000
该寄存器中包含dac,电源复位,定时器等外设复位设置,某位为1表示对相应外设复位。开机启动时将该寄存器数据清空。
(2) 设置外设复位寄存器:RCC-》APB2RSTR = 0x00000000
同第一步外设复位寄存器的设置。
解答:
RCC-》APB1RSTR = 0x00000000;//复位结束
RCC-》APB2RSTR = 0x00000000;
这里的“复位结束”具体是什么意思??我把它注释掉后发现也是可以运行的
1是复位.0当然是不复位了
不复位那就是复位结束了。
(3) 睡眠模式闪存和sram时钟使能,其他关闭。用于使用sram。 Sram相当于pc的内存。
STm32有三种启动模式:
1,ISP模式。这种模式就是STM32复位后就执行固化在内部的BOOTLOADER程序(固化的,我们无法读写。),然后等待串口数据,从而实现串口bootloader功能。
这种模式不会从用户存储区启动(除非用串口控制其从0X08000000启动),所以在更新了代码之后,需要设置为其他模式(FLASH模式)。
2,FLASH启动模式。这种模式直接从0X08000000启动,也就是我们自己编写的代码的启动方式了。正常情况都应该用这种。
3,SRAM启动模式。这种模式我没有用过,是从0X20000000启动的,也就是说在sram模式开始之前,你要确保SRAM里面已经有代码了,否则就是死机。
RCC-》AHBENR = 0x00000014
(4) 设置外设时钟使能寄存器:
RCC-》APB1ENR = 0x00000000;
RCC-》APB2ENR = 0x00000000; 将所有外设全部关闭
(5) 使能内部高速HSION。
RCC-》CR |=0x00000001;
stm32的时钟启动过程。
启动过程是:
1,首先使用内部时钟(这也是为什么你不接晶振也可以下载代码了)。
2,尝试开启外部时钟。
3,如果开启成功,则使用外部时钟,否则使用内部。
4,做其他事情。
当然以上代码都需要你自己写代码实现,当然内部时钟是默认的时钟,你不开启也可以。
(6) 复位SW,HPRE,PPRE1,PPRE2,ADCPRE,MCO
RCC-》CFGR &= 0xF8FF0000;
这步有什么意思呢,我的理解是。Cfgr寄存器主要用于对时钟分频的控制,见下图:
通过该步的配置:
首先配置MCO无输出,MCO是什么呢?是指可以将stm32的内部时钟通过IO口引脚输出出去,如上图就可以看到,对cfgr的配置,可以有四种mco输出,分别是将pllclk两分频后输出,hsi(片内时钟)输出等。
其次:配置ADCPRE就是上图中AHB分频器线面的ADC
再次:配置ppre2也就是高速外部时钟APB2,这里设成不分频。高速外部时钟主要驱动一些高速外设,这个在APB2ENR时钟控制寄存器中有介绍
再次:配置PPRE1配置低速外部时钟分频APB1这里也全部设成不分频。
再次:配置HPRE。这几个位主要用来配置AHB这个寄存器的分频系数这里也设置成不分频。也就是说上图SYSCLK经AHB没有分频。
最后:配置SW,以及SWS。表示启用HIS作为系统时钟。
到这一步,经过分析得知,RCC-》CFGR &= 0xF8FF0000;主要是用来配置ahb等各个分频器的设置,以及将片内时钟作为系统内部时钟。
(6) 关闭HSEON,CSSON,PLLON
RCC-》CR &= 0xFEF6FFFF;
通过分析CR寄存器可以看出,该寄存器主要涉及三个时钟PLL,CSS,HSE。
(7) 复位HSEBYP.
RCC-》CR &= 0xFFFBFFFF;这一步有什么作用呢?查询数据手册57页可知,外部时钟源HSE有两种模式,HSEBYP设置为0时,是选择外部晶体作为外部时钟源这种时钟更加精准,当然也是和外部电路有关的。当然因为第(6)步已经设置了HSEON关闭了,所以这一步才可自由设置HSEBYP。
(8) 复位PLLSRC,PLLXTPRE,PLLMUL and USBPRE
RCC-》CFGR &= 0xFF80FFFF;
注意:在这一部中可能会有这样的疑问:
RCC-》CFGR &= 0xFF80FFFF;
PLLSRC=0 HSI振荡器时钟经2分频后作为PLL输入时钟
PLLXTPRE=0,HSE分频器作为PLL输入,HSE不分频
这样不冲突吗?
答案是:以最后配置为准,就是最后一次配置会改变前一次的配置,所以说以最后一次配置为准。
也就是说后文还有其他代码对其进行定义。那干嘛还要怎么重复配置呢?
有时候是有用的。比如你想让stm32超频一会,然后又恢复正常运行,这就有用了。
(9) 关闭所有中断
RCC-》CIR = 0x00000000;
(10) 配置向量表
#ifndef VECT_TAB_RAM
MY_NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_RAM,0x0);
#else
MY_NVIC_SetVectorTable(NVIC_VextTab_FLASH,0x0);
#endif
下面对该函数分析:
//函数功能:设置向量表偏移地址
//NVIC_VectTab:基址
//Offset:偏移量
void MY_NVIC_SetVectorTable(u32 NVIC_VectTab, u32 Offset)
{
//检查参数合法性
assert_param(IS_NVIC_VECTTAB(NVIC_VectTab));
assert_param(IS_NVIC_OFFSET(Offset));
SCB-》VTOR = NVIC_VectTab|(Offset & (u32)0x1FFFFF80);//设置NVIC的向量表偏移寄存器
//用于标识向量表是在CODE区还是在RAM区
}
前面两行是用来检查参数合法性,这里不作分析。重点看第三行
配置这个向量表有什么用?相见cortexm3权威指南113页向量表的解释
这里
#define NVIC_VectTab_RAM ((u32)0x20000000)
#define NVIC_VectTab_FLASH ((u32)0x08000000)
Offset的值为0x0,为偏移地址,地址必须能被64 * 4 = 256整除,具体请看权威手册113页
SCB-》VTOR = NVIC_VectTab|(Offset & (u32)0x1FFFFF80);//设置NVIC的向量表偏移寄存器的疑问如下:
SCB-》VTOR = NVIC_VectTab|(Offset & (u32)0x1FFFFF80);//设置NVIC的向量表偏移寄存器。
既然是设置NVIC的向量表偏移量,为什么还要和NVIC_VectTab相或呢。只设置OFFSET不就可以了吗,另外VTOR设置只有BIT【28:7】有作用啊,相或以后也放不下这么多位吧?
这个是基址。
那个7~28的,你能定义一个28位的数据出来嘛?
VTOR设置只有BIT【28:7】,你把(u32)0x1FFFFF80二进制看看是不是【28:7】。
然后再看下面一段话:
在《《权威指南》》第一百零四页,有这么一段话:
NVIC 中有一个寄存器,称为“向量表偏移量寄存器”(在地址0xE000_ED08处),通过修改它的值就能定位向量表。但必须注意的是:向量表的起始地址是有要求的:必须先求出系统中共有多少个向量,再把这个数字向上增大到是2的整次幂,而起始地址必须对齐到后者的边界上。例如,如果一共有32个中断,则共有32+16(系统异常)=48个向量,向上增大到2的整次幂后值为64,因此地址
地址必须能被64*4=256整除,从而合法的起始地址可以是:0x0, 0x100, 0x200等。
向量表偏移量寄存器,也就是SCB-》VTOR.它的第29位,用来标识向量表是在CODE区还是RAM区,从而0X1,就是最高3位不去动,这好理解。 但是低位,根据上面这段话的理解,STM32自己有60个中断,加上CM3的16个,总共有76个中断,扩大到2的整次幂,那就是128,然后再乘以4,得到512,也就是0X200.根据这样计算,合法的偏移地址应该是0X0,0X200,0X400,0X600.。。因此,在此处应该&0X1FFF FE00.才对。
以上是我的理解。实际上确是&0X1FFF FF80;这点,我也有疑问。
答案:cortex-m3权威指南上介绍 bit 28-7为向量表的起始地址。所以低7位没有用到,所以&0X80,为的就是将低七位清零。但这里写&0X1FFF FE00,也能达到清零的目的。至于地址必须是512的整数只要offset这个参数注意就可以了。
下面我们回到例说stm32这本书61页的Stm32_Clock_Init()函数:
经过上面配置完毕后,下面开始配置外部时钟。
Ministm32开发板目前的实都是采用高速外部时钟作为时钟源,在经过MYRCC_Deinit()先将外部时钟源关闭,然后在cfgr重新配置之后,下面就准备开启高速外部时钟。
(11) RCC-》CR |= 0x00010000;外部高速时钟使能HSEON,前面说过以最后一次设置为准,所以自打这一步开始HSE作为了外部时钟。
(12) 等待外部时钟是否就绪
While(!(RCC-》CR》》17)); (其实这一步的作用和while(RCC-》CR&(u32)(1《《17));是一样的,因为在MYRCC_Deinit()中的18位至31位全为0了,当然在论坛中http://www.openedv.com/posts/list/1943.htm第23楼也承认While(!(RCC-》CR》》17)这样写有点轻率,23楼这样写道
对此,原子哥也说了写成(RCC-CR》》17)&0X01比较合适,但我感觉RCC-CR》》17是不准确的,比方说如果第十八位是1,那么右移17位后不管时钟是否就绪,表达式“RCC-CR》》17”的结果始终为真,这样while(!(RCC-CR》》17))不就没有意义了吗?所以写成(RCC-CR》》17)&0X01才是最准确的
)
(13) 配置APB1/2=DIV2和AHB = DIV1
RCC-》CFGR = 0x00000400;
(14) 设置PLL分频
PLL -=2;
RCC-》CFGR = PLL 《《18;
设置PLL 9倍频
这里还涉及到了一个问题,如下
其实,这里今天林妹妹问了一个比较专业的问题,那就是PLL是一个u8的数据类型,为什么在这里可以右移18位呢?不是早超出了么?其实,我们看看汇编代码就明白了,汇编代码如下: 219: RCC-》CFGR|=PLL《《18; //设置PLL值 2~16 0x08000618 4608 MOV r0,r1 0x0800061A 6840 LDR r0,[r0,#0x04] 0x0800061C EA404084 ORR r0,r0,r4,LSL #18 0x08000620 6048 STR r0,[r1,#0x04]可以看到,这个移位操作,是在R0和R1里面进行的,r0,r1均是32位的寄存器,所以,这里的移位操作并不会产生错误(结果是赋值给32位的寄存器:RCC-》CFGR)。
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