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MCU时钟配置及外接晶振选择

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发表于 2022-3-23 15:11 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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为了提高系统性能,同时降低功耗,mcu通常提供四种时钟:# ~, S8 i( K( |, c6 n  E8 u
高速外部时钟(HSE):由外接高频晶振产生。
0 H4 L$ R; U; {$ b7 t! G低速外部时钟(LSE):由外接低频晶振产生,一般为32.768kHz,用于驱动实时时钟 (RTCCLK)。3 v$ w( o' f# ?4 u
高速内部时钟(HSI):由内部高频RC电路产生。' Q/ W* J: ]) v  R- p
低速内部时钟(LSI):由内部低频RC电路产生,一般为32kHz,用于驱动独立看门狗。
5 ]5 |3 L" [3 ~7 [
* W" \9 f5 H( \: z3 n
图1. 晶振为MCU提供精准外部时钟
, U" o5 B; y" I4 Y

1 _# u' H; D5 x2 u这样配置的好处是,如果采用单一时钟,频率高的话可能会导致性能过剩和功耗过高,频率高则导致性能不足,满足不了要求。多个时钟的话可以平衡功耗和性能之间的平衡。
8 b. s# O# _0 I9 U3 B( j6 ?8 A5 Q6 Q8 L% ?3 X
特此说明一下,系统复位后,默认初始化的是高速内部时钟(HSI)来提供sysclock,一般为16MHz。为了提示系统性能,我们需要使能外部时钟晶振,如24MHz、32MHz等。2 z$ J9 ~& O) l. e1 p, |. R

3 z( I7 i5 x9 m+ c# Z- d如果使用外部HSE的话,一般有两种模式:& e0 C/ O, i$ q; w
: S# A4 |+ _' P2 D
(1)外部晶体/陶瓷谐振器(HSE晶体)模式2 h; @4 t1 `9 f; r
  P; s5 G. t3 V6 T0 G
这种模式用得比较常见,HSE晶体可以为系统提供较为精确的时钟源。在时钟控制寄存器RCC_CR中的HSERDY位用来指示高速外部振荡器是否稳定。在启动时,直到这一位被硬件置’1’,时钟才被释放出来。HSE晶体可以通过设置时钟控制寄存器里RCC_CR中的HSEON位被启动和关闭。9 I/ s& V+ a7 Y( g
4 S/ h9 ^# ]; X6 J9 d- f
图2. STM32F4系列MCU时钟模式# z. {( Y7 a$ E! M/ C' C) {

) e. D+ ?$ E% g该时钟源是由外部无源晶体与MCU内部时钟驱动电路共同配合形成,有一定的启动时间,精度也较高,但是一定要正确使用。
9 ^3 Q8 e6 s- _  [( F, h2 F4 |/ Q' I: B6 T
(2)外部时钟源(HSE)旁路模式) K4 P! X6 o7 c" R

0 u( Z% l# k$ v: e+ w所谓HSE旁路模式,是指使用外部晶振时,无需芯片内部时钟驱动组件来辅助,直接从外界导入时钟信号,好像芯片内部的RC振荡器功能被旁路了。" h& d& |# D* v4 A9 j

2 Q  S  m& N* M3 }该模式下必须提供外部时钟,外部时钟信号必须连到SOC_IN引脚,此时OSC_OUT引脚对外呈高阻态。不过,使用这个旁路模式的情形不像使用外部晶体模式那么多。# A2 l/ S. l) k' M

% X3 j$ k8 I5 [2 t  E(3)晶振选择举例& x$ ~% |- d2 x! w( r  I
1 k0 s$ ^6 V2 a3 K1 _7 B7 k
以STM32F4系列MCU为例,旁路模式除了配置HSEON还得配置HSEBYP位。这里需要注意的是一定要选择无源晶振,即石英晶体谐振器(XTAL)作为时钟源。+ f& Q  v/ A( t- B& I( U$ _
7 c- v) k- f, b
首先,为了减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间,晶体/陶瓷谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器引脚,负载电容值必须根据所选择的晶体来具体调整等细节问题。至于选择陶瓷晶体和石英晶体,这取决于应用电路对频率精度和温度稳定性的要求。一般而言,石英晶体比陶瓷晶体的精度要高的多,频率温度稳定性也要好很多。2 S9 w! F' m9 [1 @

4 Q0 A: N2 ^( a/ n' P其次,如果选择了有源晶振(XO、TCXO等),用户就无法选择工作模式!由于有源晶振本身就是个完整的振荡器件,其时钟输出不依赖于外部器件振荡电路,只需要供给适当的电源就能输出时钟,无须额外的振荡驱动匹配电路。这时,我们只能将其配置为HSE旁路模式,而不是HSE晶体模式。( ^! o0 \3 H, K! {# I) U

/ i/ P0 p, h1 y2 z$ ^另外,有源晶振价格比无源贵很多,选错了不但浪费钱财,还限制了MCU工作模式和用户发挥空间,需要大家引起注意。
, S; {% a. [1 s5 Q
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    [LV.1]初来乍到

    2#
    发表于 2022-3-23 16:36 | 只看该作者
    HSE晶体可以为系统提供较为精确的时钟源
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