【GD32F303紅楓派開發(fā)板使用手冊(cè)】第一講 RCU-時(shí)鐘配置及輸出實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

• RCU時(shí)鐘原理及配置；
• RCU時(shí)鐘輸出驗(yàn)證。

1.2實(shí)驗(yàn)原理

1.2.1RCU時(shí)鐘樹原理

GD32F303系列MCU的時(shí)鐘樹如下圖所示，由該圖可知，GD32F303系列MCU的時(shí)鐘樹可大致分為三個(gè)部分：1、主系統(tǒng)時(shí)鐘以及外設(shè)時(shí)鐘配置，如下圖所示，GD32F303系列MCU最高主頻為120MHz(CK_SYS)，該系統(tǒng)時(shí)鐘根據(jù)SCS[1:0]控制位進(jìn)行選擇，可選擇來源于HSI8M、PLL或者HXTAL，PLL時(shí)鐘源可根據(jù)PLLSEL控制位選擇來自于HSI8M/2或者HXTAL以及HSI48M，之后經(jīng)過2-63倍頻（PLLMF）得到PLL時(shí)鐘，PLL時(shí)鐘可以通過USB分頻輸出給USB模塊，系統(tǒng)時(shí)鐘會(huì)直接輸出給IIS外設(shè)使用，AHB時(shí)鐘可由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻而來，AHB時(shí)鐘最高120M，AHB時(shí)鐘會(huì)輸出給內(nèi)核以及外設(shè)使用；2、RTC以及獨(dú)立看門狗時(shí)鐘配置，如圖中2所示，RTC時(shí)鐘可選擇HXTAL/128分頻、LXTAL或者IRC40K，獨(dú)立看門狗僅可選擇IRC40K使用；3、時(shí)鐘輸出配置，如圖中3所示，內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘、IRC8M、HXTAL以及PLL/2可通過CKOUT0SEL控制位控制輸出到CKOUT引腳。

1.2.2外部高速晶振原理

外部高速晶振可選擇4-32M時(shí)鐘，若系統(tǒng)應(yīng)用中有異步通信以及高精度定時(shí)等應(yīng)用建議選擇使用外部高速晶振，外部高速晶振具有更高的精度，在GD32F303應(yīng)用系統(tǒng)中建議選擇8M/16M/24M晶振，因?yàn)橥獠烤д褫斎虢oPLL的時(shí)鐘源僅可進(jìn)行1分頻或者2分頻，選擇其他頻率的晶振難以配置到最高120M系統(tǒng)時(shí)鐘。

1.2.3內(nèi)部高速時(shí)鐘原理

GD32F303系列MCU的內(nèi)部高速時(shí)鐘有IRC8M和IRC48M，IRC8M較為常用，且具有更高的精度，另外需注意內(nèi)部高速時(shí)鐘并非晶振，電路上為RC振蕩器，因而比較容易受外部環(huán)境的影響，如下圖所示，常溫下IRC8M的精度約為1%。

1.2.4內(nèi)部低速時(shí)鐘原理

GD32F303系列MCU內(nèi)部有IRC40K低速時(shí)鐘，該低速時(shí)鐘可以為RTC或FWDG使用，如下圖所示，據(jù)測(cè)試IRC40K精度較差，如果作為RTC時(shí)鐘源可能存在較大偏差的情況，如果使用者使用RTC建議可以選擇LXTAL外部低頻晶振，或者使用內(nèi)部高速時(shí)鐘對(duì)IRC40K進(jìn)行校準(zhǔn)（校準(zhǔn)方法為使用內(nèi)部高速時(shí)鐘對(duì)IRC40K進(jìn)行捕獲，然后調(diào)整IRC40K的trim值）。

1.2.5外部低速晶振原理

外部低速晶振一般選擇32.768KHZ的晶振，外部低速晶振可以選擇作為RTC時(shí)鐘，在這種情況下，RTC可以在VDD掉電以及VBAT不掉電的情況下工作。

1.2.6時(shí)鐘輸出功能

時(shí)鐘輸出功能可以輸出4-120MHz的時(shí)鐘，具體通過配置CKOUT0SEL控制位進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，另外需要將CKOUT引腳（一般為PA8引腳）配置為推挽輸出的模式，有關(guān)時(shí)鐘輸出選擇配置如下表所示。

1.3硬件設(shè)計(jì)

本節(jié)主要介紹開發(fā)板外掛高速晶振以及低速晶振電路。

1.3.1外部高速晶振電路設(shè)計(jì)

外部高速晶振電路如下圖所示，其中外部高速晶振選擇8MHZ，匹配電容選擇20pf，該匹配電容可以參考以下公式：C1=C2=2*(Cload-CS)，其中Cload為晶體負(fù)載電容，Cs為PCB以及MCU引腳的雜散電容，典型值為10pf，因而可以選擇負(fù)載電容約為20pf的晶振，匹配電容即可選擇20pf，需要注意晶振盡量靠近MCU引腳擺放，且晶振引腳走線盡量等長(zhǎng)，PCB區(qū)域盡量禁空，走線可以包地，另外若走線不等長(zhǎng)，匹配電容可以適當(dāng)選擇不同的匹配電容以適配不同的雜散電容。R28的1M歐姆為晶振引腳的反饋電阻，該反饋電阻的作用為減少晶振輸出波形的諧波分量，提高晶振穩(wěn)定性，該電阻并非必須，MCU內(nèi)部也有400K的反饋電阻，從筆者使用來看，并不影響晶振起振及使用，但建議電路上可以選擇保留。R29的100R電阻為晶振引腳串聯(lián)電阻，用于限流以及引腳保護(hù)。另外測(cè)量晶振引腳波形時(shí)可能存在OSC_IN腳波形為較好的正弦波，OSC_OUT引腳波形可能存在畸變，該現(xiàn)象為正常現(xiàn)象，不影響使用，MCU內(nèi)部使用的為OSC_IN引腳的波形，并通過內(nèi)部整形方波供給MCU使用。

1.3.2外部低速晶振電路設(shè)計(jì)

外部低速晶振電路如下圖所示，外部低速晶振選擇32.768KHz，匹配電容選擇10pf，C1 = C2 = 2*(CLOAD - CS)，其中CS為PCB和MCU引腳的雜散電容， 經(jīng)驗(yàn)值在2pF-7pF之間，建議以5pF為參考值計(jì)算。推薦選用外部晶體時(shí)，盡量選擇晶體負(fù)載電容在10pF左右的，這樣外部所接匹配電容C1和C2電容值為10pF即可，且PCB Layout時(shí)盡可能近地靠近晶振引腳。

1.4代碼解析

本節(jié)主要進(jìn)行例程代碼解析，主要分成兩個(gè)部分：時(shí)鐘配置以及CKOUT時(shí)鐘輸出驗(yàn)證。

1.4.1時(shí)鐘配置代碼解析

時(shí)鐘配置是一個(gè)MCU系統(tǒng)的基礎(chǔ)，讀者在開發(fā)MCU項(xiàng)目時(shí)需要首先明確當(dāng)前系統(tǒng)所運(yùn)行的主頻具體是多少，這樣才能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行外設(shè)時(shí)鐘配置，定時(shí)器定時(shí)才會(huì)準(zhǔn)確，ADC采樣率才會(huì)準(zhǔn)確，通信的速率才會(huì)準(zhǔn)確等等，系統(tǒng)超頻也會(huì)帶來不可預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)，因而建議開發(fā)者在開發(fā)初期就需要明確系統(tǒng)主頻配置，有條件的情況下可以通過定時(shí)或者時(shí)鐘輸出進(jìn)行校驗(yàn)。

本例程中時(shí)鐘配置函數(shù)代碼如以下所示，該代碼實(shí)現(xiàn)通過外部8M晶振進(jìn)行PLL倍頻，實(shí)現(xiàn)120MHz主系統(tǒng)時(shí)鐘的功能。

1.4.2CKOUT時(shí)鐘輸出代碼解析

CKOUT時(shí)鐘輸出配置代碼如下所示，該函數(shù)無形參輸入，首先將PA8配置為推挽輸出，然后將系統(tǒng)時(shí)鐘配置為CKOUT輸出。

1.4.3主函數(shù)代碼解析

本例程主函數(shù)如下所示，首先使用外部8M晶振倍頻配置系統(tǒng)時(shí)鐘為120MHZ，然后通過PA8將系統(tǒng)時(shí)鐘輸出。

1.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先將PA8外接示波器，然后將本例程編譯通過后，燒錄到紅楓派開發(fā)板中，通過示波器可以觀察到系統(tǒng)時(shí)鐘輸出，如下圖所示，本例程中系統(tǒng)時(shí)鐘輸出為120MHz。

本教程由GD32 MCU方案商聚沃科技原創(chuàng)發(fā)布，了解更多GD32 MCU教程，關(guān)注聚沃科技官網(wǎng)