STM32L– Система тактирования (обзор)

Сегодня по плану обзор системы тактирования (модуль Reset and clock control (RCC)).

---

Согласно документации (Reference manual RM0038) в качестве источника тактовых сигналов (SYSCLK – системные тактовые сигналы) могут выступать четыре источника:

• HSI oscillator clock – внутренний высокочастотный RC генератор
• HSE oscillator clock – внешний высокочастотный генератор
• PLL clock – ситема ФАПЧ
• MSI (multispeed internal) oscillator clock – внутренний RC генератор с возможностью выбора частоты генерации

Так же имеются два вторичных источника тактовых сигналов:

• LSI RC – внутренний низкочастотный RC-генератор (37 кГц)
• LSE crystal – внешний низкочастотный кварцевый генератор

Функциональная схема:

---

HSE oscillator clock – внешний высокочастотный генератор Источником сигналов для HSE генератора может быть как внешний тактовый генератор, так и обычный кварцевый или керамический резонатор. Для установленного на плате STM32L-Discovery микроконтроллера частота внешнего сигнала не должна превышать 32МГц, в случае если вы используете внешний тактовый генератор, а при  использовании кварцевого (керамического) резонатора его частота должна быть от 1 до 24 МГц. Внешний сигнал может иметь форму пилы, синусоиды или прямоугольных импульсов со скважностью 50%.

---

HSI oscillator clock – внутренний высокочастотный RC генератор HSI генератор представляет собой RC-генератор с частотой 16 МГц, он тактирует модуль АЦП, может быть источником тактовых сигналов (SYSCLK),  а так же может служить источником опорных сигналов для ФАПЧ. Данный генератор проходит калибровку на заводе и производитель гарантирует точность в 1% при температуре 25 градусов Цельсия. Калибровочное значение запрограммированное на заводе автоматически загружается в регистр ICSCR после сброса микроконтроллера (данный регистр доступен только для чтения). Дополнительно существует возможность самостоятельной подстройки генератора (регистр HSITRIM). Данный генератор может так же использоваться как авариный, в случае отказа HSE генератора (более подробно в разделе — Clock security system (CSS)).

---

PLL clock – ситема ФАПЧ Система ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты) грубо говоря производит умножение опорного сигнала (частота входного сигнала должна лежать в пределах от 2 до 24 МГц) с заданным коэффициентом, однако частота на выходе системы ФАПЧ недолжна превышать 32 МГц (если используется для системного тактового сигнала SYSCLK). К сожалению, использование модуля USB, несколько ограничивает использование системы ФАПЧ в качестве источника системных тактовых сигналов, так как источником требуемой тактовой частоты USB модуля равной 48 МГц является выход ФАПЧ (до делителя) и в этом случае SYSCLK может принимать значения 12, 16 и 24 МГц:

---

MSI (multispeed internal) oscillator clock – внутренний RC генератор с возможностью выбора частоты генерации MSI генератор представляет собой RC-генератор с фиксированным набором частот: 65,536 кГц; 131,072 кГц; 262,144 кГц; 524,288 кГц; 1,048 МГц; 2,097 МГц; 4,194 МГц. Данный генератор автоматически используется в качестве источника тактовых сигналов после сброса и пробуждения из режимов пониженного энергопотребления (Stop, Standby). После сброса и выходе из режима Standby частота генератора принимает значение по умолчанию (2,097 МГц). Генератор проходит калибровку на заводе и производитель гарантирует точность в 1% при температуре 25 градусов Цельсия. Калибровочное значение запрограммированное на заводе автоматически загружается в регистр ICSCR после сброса микроконтроллера (данный регистр доступен только для чтения). Дополнительно существует возможность самостоятельной подстройки генератора (регистр MSITRIM).

---

LSI RC – внутренний низкочастотный RC-генератор LSI генератор представляет собой RC-генератор с частотой 37 кГц, используется для тактирования независимого сторожевого таймера (IWDG), модуля часов реального времени (RTC) и модуля ЖКИ индикатора.

---

LSE crystal – внешний низкочастотный кварцевый генератор Источником сигналов для LSE генератора может быть как внешний тактовый генератор (с частотой до 1 МГц), так и низкочастотный кварцевый или керамический резонатор (32,768 кГц). Внешний сигнал может иметь форму пилы, синусоиды или прямоугольных импульсов со скважностью 50%. Генератор может использоваться для тактирования таймеров общего назначения (номера 9, 10 и 11),  модуля часов реального времени (RTC) и модуля ЖКИ индикатора.

---

MCO – выход тактовой частоты Для контроля частот основных источников тактового сигнала и (или) синхронизации внешних устройств предусмотрен выход MCO (Microcontroller clock output). В один момент времени можно “вывести” только один сигнал:

---

Стоит обратить внимание на ограничение максимальных частот в зависимости от режима работы (напряжения питания ядра):

---

Пример 1 Как мы уже знаем после сброса в качестве системной тактовой частоты используется внутренний MSI генератор, с частотой по умолчанию 2,097 МГц. Воспользуемся выходом MCO для контроля частоты. Объявим вывод:

#define PIN_MCO		A, 8, HIGH, MODE_AF_PUSH_PULL, SPEED_40MHZ, AF0

Настроим его:

PIN_CONFIGURATION(PIN_MCO);

Выбор источников сигнала производится установкой соответствующих битов в регистре RCC_CFGR.





К сожалению в заголовочном файле stm32l1xx.h не описаны источники, поэтому опишем их сами (так как пока не используем стандартную библиотеку):

enum rcc_cfgr_mco_select
{
	RCC_CFGR_MCOSEL_DISABLED = 0,
	RCC_CFGR_MCOSEL_SYSCLK = RCC_CFGR_MCOSEL_0,
	RCC_CFGR_MCOSEL_HSI = RCC_CFGR_MCOSEL_1,
	RCC_CFGR_MCOSEL_MSI = RCC_CFGR_MCOSEL_1 | RCC_CFGR_MCOSEL_0,
	RCC_CFGR_MCOSEL_HSE = RCC_CFGR_MCOSEL_2,
	RCC_CFGR_MCOSEL_PLL = RCC_CFGR_MCOSEL_2 | RCC_CFGR_MCOSEL_0,
	RCC_CFGR_MCOSEL_LSI = RCC_CFGR_MCOSEL_2 | RCC_CFGR_MCOSEL_1,
	RCC_CFGR_MCOSEL_LSE = RCC_CFGR_MCOSEL_2 | RCC_CFGR_MCOSEL_1 | RCC_CFGR_MCOSEL_0
};

И выберем в качестве источника MSI генератор:

RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_MCOSEL;
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_MCOSEL_MSI;

После компиляции и прошивки, на выводе PA8 получил частоту 2,102 МГц.

Попробуем изменить частоту MSI генератора.

Выбор частоты производится установкой соответствующих битов в регистре RCC_ICSCR





Повышаем частоту до 4,194 Мгц:

RCC->ICSCR &= ~RCC_ICSCR_MSIRANGE;
RCC->ICSCR |= RCC_ICSCR_MSIRANGE_6;

Компилируем, прошиваем и получаем 4,206 МГц.

Внимание! Так как сейчас после сброса мы “сразу” изменяем частоту генератора MSI, а он по умолчанию используется для системной тактовой частоты, то выбор диапазона 0 или 1 приведет к невозможности программирования мк. Если вы все таки попали в данное положение, то для восстановления работоспособности достаточно вывод Boot0 подключить к Vcc и выполнить сброс мк.

---

Пример 2

После сброса выключены все генераторы кроме MSI.

Попробуем включить HSI генератор.

Общая процедура такова:

• разрешить работу генератора (установка соотв. битов)
• дождаться стабилизации работы (ожидание установки соотв. битов)
• использовать по задумке

Разрешаем работу генератора HSI, установкой бита HSION в регистре RCC_CR:

RCC->CR |= RCC_CR_HSION;

Ожидаем окончания стабилизации работы (ожидание установки бита HSIRDY):

while(!(RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY))
{
}

Выводим сигнал на вывод MCO:

RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_MCOSEL;
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_MCOSEL_HSI;

После компиляции и прошивки, на выводе PA8 получил частоту 15,91 МГц.

---

На этом обзорная часть заканчивается.

Ещё раз обращаю внимание, что после сброса в качестве системной тактовой частоты используется внутренний MSI генератор (2,097 МГц).

---

Исходный код

Примеры базируются на проекте приведенном ранее:

2011-08-15-STM32L-GPIO — [74.52 kB] [ Версия 2011-08-15 ]

с исправлениями в макросах для работы с линиями ввода-вывода:

http://ziblog.ru/2011/12/07/stm32l-linii-vvoda-vyivoda-chast-2/