STM32学习之：STM32F4XX的三大主体部分

2018-10-21 来源：eefocus

三大模块：电源、IO口、时钟。

一、首先，我们来看一下电源，下面是电源框图

从上面我们可以看出，电源给内部的三大关键部分供电，一是给ADC供电，这块无需多说，二是电池备份域，VBAT引脚可以连接到一个可选的待机电压由电池供电或由另一个来源，当V DD是断开时保留的备份寄存器的内容和供给的RTC。还一部分主要用来给数字逻辑部分供电，像唤醒逻辑、看门狗、IO等，给内核、内存和数字外设的供电需要在VDD之后加上一个电压调整器。

接下来介绍的就是低功耗模式了

默认情况下，微控制器是在运行模式后，一个系统或一个上电复位。在运行模式的CPU的时钟HCLK和程序代码执行，一些低功耗模式是可用的，以节省电力时，不需要保持运行的中央处理器，例如在等待一个外部事件时。它是由用户选择的模式，给出低功耗之间的最佳折衷，启动时间短，可唤醒源。，短启动时间和可用唤醒源。

它具有三个低功耗模式：

•睡眠模式（(Cortex ®- M4 FPU核心停止，外围设备保持运行）

•停止模式（所有的时钟都停止了）

•待机模式（1.2 V关机）

•睡眠模式是通过执行WFI（等待中断）或WFE（等待事件）指令进入。

•待机模式允许实现最低功耗。它是基于Cortex ®- M4 FPU DEEPSLEEP模式，电压调节器不使能，1.2 V域因此断电。锁相环，HSI振荡器和HSE振荡器也关掉。SRAM和寄存器里面内容也丢失，除了备份域寄存器（RTC寄存器和备份寄存器）。

•停止模式是基于Cortex M4®- FPU DEEPSLEEP模式结合外围时钟门控。该电压调节器可以配置为在正常或低功率模式。在停止模式下，在1.2 V域所有时钟停止，锁相环，HSI和HSE RC振荡器被禁用。内部SRAM和寄存器里面的内容被保存。

电源就介绍到这里。

二、接下来是GPIO

1. 根据手册上的内容，简单地综述一下GPIO的功能：

A. 共有8种模式，可以通过编程选择：

a) 浮空输入

b) 带上拉输入

c) 带下拉输入

d) 模拟输入

e) 开漏输出——(此模式可实现hotpower说的真双向IO)

f) 推挽输出

g) 复用功能的推挽输出

h) 复用功能的开漏输出

模式7和模式8需根据具体的复用功能决定。

B. 专门的寄存器(GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR)实现对GPIO口的原子操作，即回避了设置或清除I/O端口时的“读-修改-写”操作，使得设置或清除I/O端口的操作不会被中断处理打断而造成误动作。

C. 每个GPIO口都可以作为外部中断的输入，便于系统灵活设计。

D. I/O口的输出模式下，有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz)，这有利于噪声控制。

E. 所有I/O口兼容CMOS和TTL，多数I/O口兼容5V电平。

F. 大电流驱动能力：GPIO口在高低电平分别为0.4V和VDD-0.4V时，可以提供或吸收8mA电流；如果把输入输出电平分别放宽到1.3V和VDD-1.3V时，可以提供或吸收20mA电流。

G. 具有独立的唤醒I/O口。

H. STM32上很多I/O管脚功能可以重新映射。

I. GPIO口的配置具有上锁功能，当配置好GPIO口后，可以通过程序锁住配置组合，直到下次芯片复位才能解锁。此功能非常有利于在程序跑飞的情况下保护系统中其他的设备，不会因为某些I/O口的配置被改变而损坏——如一个输入口变成输出口并输出电流。

J. 输出模式下输入寄存器依然有效，在开漏配置模式下实现真正的双向I/O功能。

2. STM32 GPIO端口的输出速度设置：

当STM32的GPIO端口设置为输出模式时，有三种速度可以选择：2MHz、10MHz和50MHz，这个速度是指I/O口驱动电路的速度，是用来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。高频的驱动电路，噪声也高，当你不需要高的输出频率时，请选用低频驱动电路，这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果你要输出较高频率的信号，但却选用了较低频率的驱动模块，你很可能会得到失真的输出信号。实际上芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路。注意：GPIO的引脚速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度，输出信号的速度与你的程序有关。关键是，GPIO的引脚速度跟应用匹配。比如对于串口，假如最大波特率只需115.2k，那么用2M的GPIO的引脚速度就够了，既省电也噪声小，对于I2C接口，假如使用400k波特率，若想把余量留大些，那么用2M的GPIO的引脚速度或许不够，这时可以选用10M的GPIO引脚速度。对于SPI接口，假如使用18M或9M波特率，用10M的GPIO的引脚速度显然不够了，需要选用50M的GPIO的引脚速度。

三、 STM32F411时钟系统框图：时钟是整个系统的脉搏

下图是STM32F411时钟系统的框图，通过这个图可以一目了然地看到各个部件时钟产生的路径，还可以很方便地计算出各部分的时钟频率。

1在STM32F411中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。、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。

使用HSE时钟，程序设置时钟参数流程：

a) 将RCC寄存器重新设置为默认值 RCC_DeInit;

b) 打开外部高速时钟晶振HSE RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

c) 等待外部高速时钟晶振工作 HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

d) 设置AHB时钟 RCC_HCLKConfig;

e) 设置高速AHB时钟 RCC_PCLK2Config;

f) 设置低速速AHB时钟 RCC_PCLK1Config;

g) 设置PLL RCC_PLLConfig;

h) 打开PLL RCC_PLLCmd(ENABLE);

i) 等待PLL工作 while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)

j) 设置系统时钟 RCC_SYSCLKConfig;