STM32学习week2

 本篇主要基于正点原子的stm32hal库教程的第26-50讲 

一、时钟树

如图为一个简化的 STM32F1 时钟系统。图中已经把我们主要关注几处标注出来。

A 部分表示其它电路需要的输入源时钟信号。

B 为一个特殊的振荡电路“PLL”，由几个部分构成。

C 为我们重点需要关注的 MCU 内的主时钟“SYSCLK”；AHB 预分频器将 SYSCLK 分频或不分频后分发给其它外设进行处理，包括到 F 部分的 Cortex-M 内核系统的时钟。

D、E 部分别为定 时器等外设的时钟源 APB1/APB2。

G 是 STM32 的时钟输出功能。

对于 STM32F1，输入时钟源（Input Clock）主要包括 HSI，HSE，LSI，LSE。其中，从

时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，其中 HSI、HSE 高速时钟，LSI 和 LSE 是低

速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获

取时钟源，其中 HSE 和 LSE 是外部时钟源；其他是内部时钟源，芯片上电即可产生，不需要

借助外部电路。下面我们看看 STM32 的时钟源。

（1）2 个外部时钟源：

高速外部振荡器 HSE (High Speed External Clock signal)

 低速外部振荡器 LSE (Low Speed External Clock signal)

外接 32.768kHz 石英晶体，主要作用于 RTC 的时钟源。

（2）2 个内部时钟源：

高速内部振荡器 HSI(High Speed Internal Clock signal)

由内部 RC 振荡器产生，频率为 8MHz。

低速内部振荡器 LSI(Low Speed Internal Clock signal)

由内部 RC 振荡器产生，频率为 40kHz。

锁相环是自动控制系统中常用的一个反馈电路，在 STM32 主控中，锁相环的作用主要有

两个部分：输入时钟净化和倍频。前者是利用锁相环电路的反馈机制实现，后者我们用于使芯

片在更高且频率稳定的时钟下工作。

二、SYSTEM 文件夹介绍

1、deley 文件夹代码介绍

当需要 delay_ms 和 delay_us 支持操作系统（OS）的时候，我们需要用到 3 个宏定义和 4 个

函数，宏定义及函数代码如下：

宏定义：delay_osrunning，用于标记 OS 是否正在运行，当 OS 已经开始运行时，该宏定义

值为 1，当 OS 还未运行时，该宏定义值为 0。

宏定义：delay_ostickspersec，用于表示 OS 的时钟节拍，即 OS 每秒钟任务调度次数。

宏定义：delay_osintnesting，用于表示 OS 中断嵌套级别，即中断嵌套次数，每进入一个中

断，该值加 1，每退出一个中断，该值减 1。

函数：delay_osschedlock，用于 delay_us 延时，作用是禁止 OS 进行调度，以防打断 us 级

延时，导致延时时间不准。

函数：delay_osschedunlock，同样用于 delay_us 延时，作用是在延时结束后恢复 OS 的调度，

继续正常的 OS 任务调度。

函数：delay_ostimedly，调用 OS 自带的延时函数，实现延时。该函数的参数为时钟节拍数。

函数：SysTick_Handler，则是 systick 的中断服务函数，该函数为 OS 提供时钟节拍，同时

可以引起任务调度。

2、delay_init 函数

该函数用来初始化 2 个重要参数：g_fac_us 以及 g_fac_ms；同时把 SysTick 的时钟源选择 为外部时钟，如果需要支持操作系统（OS），只需要在 sys.h 里面，设置 SYS_SUPPORT_OS 宏 的值为 1 即可，然后，该函数会根据 delay_ostickspersec 宏的设置，来配置 SysTick 的中断时间， 并开启 SysTick 中断。

SysTick 是 MDK 定义了的一个结构体（在 core_m3.h 里面），里面包含 CTRL、LOAD、

VAL、CALIB 等 4 个寄存器。

SysTick->CTRL定义如下：

SysTick->LOAD定义如下：

SysTick->VAL定义如下：

3、delay_us 函数

该函数用来延时指定的 us，其参数 nus 为要延时的微秒数。delay_osschedlock和delay_osschedunlock 是 OS 提供的两个函数，用于调度上锁和解锁，这里为了防止 OS 在 delay_us 的时候打断延时，可能导致的延时不准，所以我们利用这两个函数来实现免打断，从而保证延时精度。

4、delay_ms 函数

该函数是用来延时指定的 ms 的，其参数 nms 为要延时的毫秒数。该函数其实就是多次调用 delay_us 函数，来实现毫秒级延时的。

5、HAL 库延时函数 HAL_Delay

HAL 库实现延时功能非常简单，首先定义了一个 32 位全局变量 uwTick，在 Systick 中断服务函数 SysTick_Handler 中通过调用 HAL_IncTick 实现 uwTick 值不断增加，也就是每隔 1ms增加uwTickFreq，而 uwTickFreq 默认是 1。而 HAL_Delay 函数在进入函数之后先记录当前uwTick 的值，然后不断在循环中读取 uwTick 当前值，进行减运算，得出的就是延时的毫秒数，

整个逻辑非常简单也非常清晰。

三、GPIO

GPIO 是控制或者采集外部器件的信息的外设，即负责输入输出。它按组分配，每组 16 个 IO 口，组数视芯片而定。STM32F103ZET6 芯片是 144 脚的芯片，具有 GPIOA、GPIOB、GPIOC、 GPIOD、GPIOE、GPIOF 和 GPIOG 七组 GPIO 口，共有 112 个 IO 口可供我们编程使用。

GPIO 有八种工作模式，分别是：

1、输入浮空

2、输入上拉

3、输入下拉

4、模拟功能

5、开漏输出

6、推挽输出

7、开漏式复用功能

8、推挽式复用功能

输入浮空模式：上拉/下拉电阻为断开状态，施密特触发器打开，输出被禁止。输入浮空模

式下，IO 口的电平完全是由外部电路决定。如果 IO 引脚没有连接其他的设备，那么检测其输

入电平是不确定的。该模式可以用于按键检测等场景。

输入上拉模式：上拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部上拉电阻的

时候，可以使用内部上拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部上拉电阻的阻值较大，

所以只是“弱上拉”，不适合做电流型驱动。

输入下拉模式：下拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部下拉电阻

的时候，可以使用内部下拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部下拉电阻的阻值较

大，所以不适合做电流型驱动。

模拟功能：上下拉电阻断开，施密特触发器关闭，双 MOS 管也关闭。其他外设可以通过模

拟通道输入输出。该模式下需要用到芯片内部的模拟电路单元单元，用于 ADC、DAC、MCO

这类操作模拟信号的外设。

开漏输出模式：STM32 的开漏输出模式是数字电路输出的一种，从结果上看它只能输出低

电平 Vss 或者高阻态，常用于 IIC 通讯（IIC_SDA）或其它需要进行电平转换的场景。

推挽输出模式：STM32 的推挽输出模式，从结果上看它会输出低电平 VSS 或者高电平

VDD。推挽输出跟开漏输出不同的是，推挽输出模式 P-MOS 管和 N-MOS 管都用上。

开漏式复用功能：一个 IO 口可以是通用的 IO 口功能，还可以是其他外设的特殊功能引脚， 这就是 IO 口的复用功能。一个 IO 口可以是多个外设的功能引脚，我们需要选择作为其中一个 外设的功能引脚。当选择复用功能时，引脚的状态是由对应的外设控制，而不是输出数据寄存器。除了复用功能外，其他的结构分析请参考开漏输出模式。另外在开漏式复用功能模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取 IO 口的电平状态，同时外设可以读取 IO 口的信息。

推挽式复用功能：复用功能介绍请查看开漏式复用功能。

STM32F1 每组（这里是 A~D）通用 GPIO 口有 7 个 32 位寄存器控制，包括 ：

2 个 32 位端口配置寄存器（CRL 和 CRH）

2 个 32 位端口数据寄存器（IDR 和 ODR）

1 个 32 位端口置位/复位寄存器 (BSRR)

1 个 16 位端口复位寄存器（BRR）

1 个 32 位端口锁定寄存器 (LCKR)