LPC1114时钟配置

要让LPC1114正常工作，首先要对它的时钟源进行配置。LPC1114的最高工作频率为50MHz，因此给它的主时钟频率最大不能超过50MHz。实际上，通常都是使用频率较低的晶振，以降低外部电磁干扰，然后再通过内部倍频的方式把主时钟频率提高。根据管方手册给出的数据，外部晶振的频率范围是1MHz~25MHz，一般情况下使用12MHz晶振，然后内部进行4倍频，主时钟工作频率为48MHz。

要对LPC1114的时钟进行配置，必须要了解它的时钟结构，先来看一下它的时钟结构图，如下图所示。

首先来看主时钟，给主时钟（main clock）提供选择有4个源，分别是：内部RC振荡器、未倍频之前的PLL时钟、内部看门狗时钟、经过PLL倍频之后的时钟。由对主时钟源选择寄存器（MAINCLKSEL）的操作来进行选择，同一时刻只能选择一种时钟做为主时钟。下面就给出MAINCLKSEL寄存器的位结构（要注意，因为LPC1114是32位的，所以所有的寄存器都是32位的），如下表所示。

 

位	符号	值	描述	复位值
1∶0	SEL	00	内部RC振荡器	0x00
		01	PLL倍频之前的时钟
		10	内部看门狗时钟
		11	PLL倍频之后的时钟
31∶2	-	-	保留	0x00

 

前面说过，一般情况下CPU内部都是要进行倍频的，因此大多数时候该寄存器的值都会选择11（0x03），执行语句“SYSCON->MAINCLKSEL=0x00000003”就可以了。

接下来看系统PLL时钟，PLL即是频率锁相环的意思，PLL的功能很多，有兴趣的可自行参考其它资料，这里主要利用它来实现倍频的功能。从上图中可以看出，供给PLL选择的有2个源，一个是片内RC振荡器，另一个是晶体振荡器。由对系统PLL时钟选择寄存器（SYSPLLCLKSEL）的操作来进行选择，同一时刻只能选择一种时钟做为输入时钟。下面给出SYSPLLCLKSEL寄存器的位结构，如下表所示。

 

位	符号	值	描述	复位值
1∶0	SEL	00	内部RC振荡器	0x00
		01	晶体振荡器
		10	保留
		11	保留
31∶2	-	-	保留	0x00

 

一般情况下，为了提高时钟精度都会选择01（0x01），以选择外部晶体振荡器做为时钟输入。执行语句“SYSCON->SYSPLLCLKSEL=0x00000001”就可以了。

在时钟结构图中还可以看出，主时钟分成6路供给不同的模块。其中一路主时钟经过系统时钟分频器（SYSAHBCLKDIV）后做为系统时钟，提供给AHB。在LPC1114中，只有通用输入输出端口（GPIO）需要AHB。为了给不同速度的模块（如内核、存储器、APB等）提供时钟，需要对SYSAHBCLKDIV寄存器进行操作，以对主时钟进行分频。下面给出SYSAHBCLKDIV寄存器的位结构，如下表所示。

 

位	符号	值	描述	复位值
7∶0	DIV	00000000	关闭系统时钟	0x01
		00000001	1
		00000010	2
		……	……
		11111111	255
31∶8	-	-	保留	0x00

 

从表中可以看出，分频的最大值是255分频。一般情况下，系统的默认值是1，即为AHB提供不分频的主时钟，也可执行语句“SYSCON->SYSAHBCLKDIV=0x00000001”来实现。剩余5个模块（SPI0、UART、SPI1、WDT、CLKOUT）的时钟也像系统时钟一样由主时钟来分频，只不过它们默认的分频值为0，即默认不提供时钟，也就是说剩余的5个模块默认状态下不工作，需要的时候再通过程序来打开，以降低功耗。

由上述可见，居于Cotex-M0内核的CPU由于强化了时钟配置，所以在一般情况下要使用该类型的CPU，首要的任务就是为其配置正确的时钟。下面就来讨论一下如何通过程序来配置LPC1114的时钟。

先给出一个时钟初始化的函数，如下：

void SysCLK_config(void)

{

       uint8_t i;

       LPC_SYSCON->PDRUNCFG &= ~(1 << 5);            //给系统振荡器上电

       LPC_SYSCON->SYSOSCCTRL = 0x00000000;        //系统振荡器未旁路，1~12MHz输入

       for (i = 0; i < 200; i++) __nop();                                    //延时等待振荡器稳定

       LPC_SYSCON->SYSPLLCLKSEL = 0x00000001;    //PLL输入选择外部晶体振荡

       LPC_SYSCON->SYSPLLCLKUEN = 0x00;

       LPC_SYSCON->SYSPLLCLKUEN = 0x01;              //先写0后写1更新时钟源

       while (!(LPC_SYSCON->SYSPLLCLKUEN & 0x01));     //等待更新完成

       LPC_SYSCON->SYSPLLCTRL = 0x00000013;        //M=4、P=2，倍频后的时钟为48MHz

       LPC_SYSCON->PDRUNCFG &= ~(1 << 7);           //给PLL上电

       while (!(LPC_SYSCON->SYSPLLSTAT & 0x01));    //等待PLL锁定

       LPC_SYSCON->MAINCLKSEL = 0x00000003;      //主时钟选择PLL倍频后的时钟

       LPC_SYSCON->MAINCLKUEN = 0x00;

       LPC_SYSCON->MAINCLKUEN = 0x01;                 //先写0后写1更新时钟源

       while (!(LPC_SYSCON->MAINCLKUEN & 0x01));        //等待更新完成

       LPC_SYSCON->SYSAHBCLKDIV = 0x00000001; //AHB为1分频，AHB时钟为48MHz

       LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1<<6);        //使能GPIO时钟

}

如果使用的是12MHz的外部晶振，该函数执行完后，LPC1114的时钟被设置成为主时钟48MHz，AHB时钟48MHz，输入输出端口（GPIO）时钟使能的状态。

在上述程序中，PLL输入选择寄存器（SYSPLLCLKSEL），主时钟选择寄存器（MAINCLKSEL），AHB分频选择寄存器（SYSAHBCLKDIV）均在前面讨论过，下面来看一下没讨论过的寄存器。先看“掉电配置寄存器（PDRUNCFG）”，下表是它的位结构。

 

位	符号	值	描述	复位值
0	IRCOUT_PD （IRC振荡器输出掉电）	1	掉电	0
		0	上电
1	IRC_PD （IRC振荡器掉电）	1	掉电	0
		0	上电
2	FLASH_PD （Flash掉电）	1	掉电	0
		0	上电
3	BOD_PD （BOD掉电）	1	掉电	0
		0	上电
4	ADC_PD （ADC掉电）	1	掉电	1
		0	上电
5	SYSOSC_PD （系统振荡器掉电）	1	掉电	1
		0	上电
6	WDTOSC_PD （看门狗振荡器掉电）	1	掉电	1
		0	上电
7	SYSPLL_PD （系统PLL掉电）	1	掉电	1
		0	上电
8	-	-	保留	1
9	-	0	保留，置0	0
10	-	-	保留	1
11	-	1	保留，置1	1
12	-	0	保留，置0	0
15∶13	-	-	保留	1
31∶16	-	-	保留

 

从表中可以看出，系统振荡器和系统PLL在默认情况下是掉电的，也就是说默认它们不处于工作状态，要让它们工作就必须给它们置0上电。所以要通过执行语句“SYSCON->PDRUNCFG &= ~(1 << 5)”和“SYSCON->PDRUNCFG &= ~(1 << 7)”来把SYSOSC和SYSPLL置0。

接下来看“系统振荡器控制寄存器（SYSOSCCTRL）”，下表是它的位结构。

 

位	符号	值	描述	复位值
0	BYPASS （旁路系统振荡器）	0	未被旁路	0
		1	被旁路
1	FREQRANGE （低功耗振荡器确定频率范围）	0	1~20MHz	0
		1	15~25MHz
31∶2	-	-	保留	0

 

从表中可以看出，如果要让系统振荡器工作，则其第0位就应该选择0，即不被旁路，只有在从外部直接输入振荡信号的情况下才会选择旁路（比如使用有源晶振）。第1位用于选择外部晶振的频率范围，使用12MHz时该位选择0。执行语句“SYSCON->SYSOSCCTRL = 0x00000000”就可以实现上述配置，但实际上复位后的值就是该配置，也可不执行该语句。

从上述程序中还可以看出，在配置了时钟后（无论是PLL时钟还是主时钟），都需要更新一下才能正常工作。而更新的操作则根据管方手册，必须要给相应的允许寄存器“toggle”一下（即先向其写0再紧接着写1）。“系统PLL时钟源更新允许寄存器（SYSPLLCLKUEN）”和“主时钟源更新允许寄存器（MAINCLKUEN）”的位结构是一样的，下表是MAINCLKUEN寄存器的位结构。

 

位	符号	值	描述	复位值
0	ENA （允许主时钟源更新）	0	无变化	0
		1	更新时钟源
31∶1	-	-	保留	0

 

在主时钟源及PLL时钟源更改后，要紧接着及时更新相应的允许寄存器才能让其正常工作。此外还要注意一点，“toggle”后需要查询相应的允许寄存器是否已更新，若没有就需要等待直到其更新为止（例如在更新PLL时钟源更新允许寄存器SYSPLLCLKUEN后要执行语句“while (!(LPC_SYSCON->SYSPLLCLKUEN & 0x01));”，以等待其更新完成）。

接下来看一下PLL的配置，要让PLL对输入时钟进行倍频或分频，就要配置“系统倍频控制寄存器（SYSPLLCTRL）”，下表是该寄存器的位结构。

 

位	符号	值	描述	复位值
4∶0	MSEL （反馈分频器的值， 分频器的值M是MSEL+1）	00000	M=1	0x00
		……	……
		11111	M=32
6∶5	PSEL （后分频器的值， 分频器的值为2×P）	00	P=1	0x00
		01	P=2
		10	P=4
		11	P=8
31∶7	-	-	保留，不能写1	0x00

 

PLL的输出频率要符合下面的公式。

Fclkout为PLL的输出频率，Fclkin为外部晶振的频率，FCCO的值必须在156MHz ~320MHz之间，M为倍频的倍数，P值要符合要求。若以12MHz的晶振做为输入，系统主时钟要为48MHz，则M=4（MSEL=0011），P的值只能取2（PSEL=01）才能满足公式要求。因此寄存器SYSPLLCTRL的值应该为10011（0x13），所以要配置此项只需要执行语句“SYSCON->SYSPLLCTRL = 0x00000013”就可以了。

在改变了PLL的倍频之后，需要查询“倍频状态寄存器（SYSPLLSTAT）”，看PLL锁定了没有，若没有就需要等待直到其锁定为止（执行语句“while (!(LPC_SYSCON->SYSPLLSTAT & 0x01));”）。下面是“倍频状态寄存器（SYSPLLSTAT）”的位结构。

 

位	符号	值	描述	复位值
0	LOCK （PLL锁定状态）	0	未锁定	0
		1	已锁定
31∶1	-	-	保留	0

 

CPU要对GPIO进行操作，就必须给GPIO时钟信号，即需要使能GPIO的时钟。在默认情况下GPIO时钟是允许的，也可以对“系统AHB时钟控制寄存器（SYSAHBCLKCTRL）”中相应的位进行操作来选择允许时钟，下面是该寄存器的位结构。

 

位	符号	值	描述	复位值
0	SYS （允许AHB时钟，只读）	0	保留	1
		1	允许
1	ROM （允许ROM时钟）	0	禁止	1
		1	允许
2	RAM （允许RAM时钟）	0	禁止	1
		1	允许
3	FLASHREG （允许flash寄存器接口时钟）	0	禁止	1
		1	允许
4	FLASHARRAY （允许flash阵列存取时钟）	0	禁止	1
		1	允许
5	I2C （允许I2C时钟）	0	禁止	0
		1	允许
6	GPIO （允许GPIO时钟）	0	禁止	1
		1	允许
7	CT16B0 （允许16位计数/定时器0时钟）	0	禁止	0
		1	允许
8	CT16B1 （允许16位计数/定时器1时钟）	0	禁止	0
		1	允许
9	CT32B0 （允许32位计数/定时器0时钟）	0	禁止	0
		1	允许
10	CT32B1 （允许32位计数/定时器1时钟）	0	禁止	0
		1	允许
11	SSP0 （允许SPI0时钟）	0	禁止	1
		1	允许
12	UART （允许UART时钟）	0	禁止	0
		1	允许
13	ADC （允许ADC时钟）	0	禁止	0
		1	允许
14	-	-	保留	0
15	WDT （允许WDT时钟）	0	禁止	0
		1	允许
16	IOCON （允许IO配置模块时钟）	0	禁止	0
		1	允许
17	-	-	保留	0
18	SSP1 （允许SPI1时钟）	0	禁止	0
		1	允许
31∶19	-	-	保留	0x00

 

 

从表中可以看出，第6项就是“通用输入输出端口”的时钟配置项，执行语句“SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1<<6)”就可以开启GPIO的时钟。在打开了GPIO的时钟后，就可以使用P0~P3端口了。

上述的时钟配置程序是最基本的，也是必须的，因此在任何程序开始前，都应该先调用该时钟配置函数，以对LPC1114进行基本的时钟配置，为后续程序提供保障。