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;
k) 判断是否PLL是系统时钟 while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
l) 打开要使用的外设时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()
三大主要模块就介绍到这里。后面就开始测试芯片的各方面功能。
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