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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:
1 B, j; X% i3 F$ P0 I9 s, p高速外部时钟(HSE):由外接高频晶振产生。
" @0 b. W8 u2 ^$ \6 Q2 g6 I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)。
, F& G% G0 M) h高速内部时钟(HSI):由内部高频RC电路产生。4 S& D/ M3 I$ ^5 N% X- }0 O
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。
: }4 h& F7 z$ j0 `
  o1 M$ z+ C, `$ r% r) M
图1. 晶振为MCU提供精准外部时钟# p" w; G9 |1 G' e& y3 N

/ b& l/ z- k! }  H$ {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。5 ^9 E6 K. d; A2 k

/ L2 x( ~$ ]6 m0 y% |+ s7 F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。/ B% b+ X- ^4 D5 f, w' {2 c

# P$ E' |8 Z! O8 ]如果使用外部HSE的话,一般有两种模式:
4 R$ j/ U. ?, u) E$ H
' m4 c1 E0 D, |2 H6 X' @( c; w4 V(1)外部晶体/陶瓷谐振器(HSE晶体)模式
; D  c9 J& |& @9 M) V6 H/ d7 n
7 }( W# T+ S( x7 \, `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。
, k/ [2 P4 D' M7 l2 c' K* G( A( `# z6 U
图2. STM32F4系列MCU时钟模式
4 v9 X* Z$ ~5 o4 @% \
( {5 z5 P  U7 R: R* O
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。' j+ z) S' p7 U

$ I" A6 ~# K3 `% W: R! z(2)外部时钟源(HSE)旁路模式
1 v9 a4 |' I6 p4 k/ z8 O8 E: F- F* g, k; R  M# y
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。" Z7 Q% t4 p" O5 J

4 ?: o- D: i! [5 V3 q8 L0 _' J; A. z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。$ A# X3 K8 E3 F

5 s3 Q$ A) m4 X3 Q, c3 y* @8 r(3)晶振选择举例
2 X; ^, u9 h/ {) s. E) k: n5 e
& V3 [2 p. o( z  _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。
* j  r5 r* ]$ q# F: Z' ~  O2 w. d7 x& N. w% i% T; O, i8 L$ o
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。! p% C/ v% _& _# v9 \2 ?
: I% Z9 {6 @3 D
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。# [! \3 r5 N  c1 N6 Y; c- Q. p6 S) ?

" ^6 n/ D( ~, J6 D. D. m7 M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。

( ]2 ~* ]& d5 i$ E( `
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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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