嵌入式STM32元器件晶振选型

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STM32F3xx系列是高集成和易于开发的32位mcu，整合了带有DSP与FPU指令、工作频率为72MHz的32位ARM Cortex-M4内核、高级模拟外设以及嵌入式Flash和SRAM存储器。由于实时功能、数字信号处理、低功耗与低电压操作特性，STM32F3xx能有效处理三相电机控制器、生化和工业传感器以及音频滤波器等电路的混合信号，可广泛用于消费、医疗、便携式健身、系统监控与测量的实际应用。

- |6 S% V7 m5 ^0 z时钟方面，STM32F3xx使用两个时钟源：LSE采用的X1是一个32.768kHz晶振，用于嵌入式RTC；HSE采用的X2为8MHz晶振，用于STM32F3xx MCU运行。每个时钟源在未使用时，都可单独打开或者关闭，以降低功耗。
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& O0 }+ z3 D/ P! q' v  T1. HSE时钟

) V# P' t  `! z' `) f5 X4 r高速外部时钟信号（HSE）OSC时钟有2个时钟源：HSE外部晶振 / 陶瓷谐振器，HSE用户外部时钟。

图1.HSE/LSE时钟源

PCB布线时，谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚，以尽量减小输出失真和起振稳定时间。负载电容值必须根据所选振荡器的不同做适当调整。（1）外部晶振/陶瓷谐振器（HSE晶振）
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4-32MHz外部振荡器的优点是精度非常高。时钟控制寄存器中的HSERDY标志（RCC_CR）指示了HSE振荡器是否稳定。在启动时，硬件将此位置1后，此时钟才可以使用。如在时钟中断寄存器（RCC_CIR）中使能中断，则可产生中断。HSE晶振可通过时钟控制寄存器（RCC_CR）中的HSEON位打开或关闭。
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$ X6 s9 t1 r7 F$ P（2）外部源（HSE旁路）
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( f5 N% v8 ^% z, m- _3 A0 d0 u在此模式下，必须提供外部时钟源，最高频率不超过32MHz。此模式通过将时钟控制寄存器（RCC_CR）中的HSEBYP和HSEON位置1进行选择。必须使用占空比为40-60%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动OSC_IN引脚，具体取决于频率，同时OSC_OUT引脚可用作GPIO。
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& H9 `7 X  f' Z: o# V. e2. LSE时钟
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LSE晶振是32.768kHz低速外部晶振或陶瓷谐振器，可作为实时时钟（RTC）的时钟源来提供时钟/日历或其它定时功能，具有功耗低且精度高的优点。LSE晶振通过备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSEON位打开和关闭。使用备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSEDRV[1:0]位，可在运行时更改晶振驱动强度，以实现稳健性、短启动时间和低功耗之间的最佳平衡。备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSERDY标志指示了LSE晶振是否稳定。在启动时，硬件将此位置1后，LSE晶振输出时钟信号才可以使用。如在时钟中断寄存器（RCC_CIR）中使能中断，则可产生中断。在此模式下，必须提供外部时钟源，最高频率不超过1MHz。此模式通过将备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSEBYP和LSEON位置1进行选择。必须使用占空比约为50%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动OSC32_IN引脚，同时OSC32_OUT引脚可用作GPIO。
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3. HSI时钟

2 c$ M4 ]) x; T: q2 u8 mHSI时钟信号由内部8MHz RC振荡器生成，可直接用作系统时钟（SYSCLK），或者用作PLL输入。HSI RC振荡器的优点是成本较低（无需使用外部元件）。此外，其启动速度也要比HSE晶振块，但即使校准后，其频率精度也不及外部晶振或陶瓷谐振器。因为生产工艺不同，不同芯片的RC振荡器频率也不同，ST对每个器件进行出厂校准，达到TA= 25℃时1%的精度。此外，可将HSI时钟接至MCO复用器。时钟可连接至F30x中定时器16的输入及F37x中定时器14的输入，以允许用户校准振荡器。
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4. LSI时钟
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低速内部RC时钟（LSI RC）频率约为40kHz（30kHz到60kHz之间）。LSI时钟可作为低功耗时钟源在停机和待机模式下保持运行，用于驱动独立看门狗（IWDG）和RTC，也可选择提供给RTC用于停机/待机模式下的自动唤醒。

0 F7 H. J" C+ P) N图2.STM32F30x微控制器参考原理图

; ^1 K; j& q+ O 5.选型参考

$ H+ a  |! J1 A; r7 ^6 g9 k- F下表是STM32F303VCT/358VCT6、STM32F373VCT6/378VCT6外围元器件参考数据。其中，前三项为必备项，其他为备选元器件。

+ r6 @. {. v9 W. LSTM32F3xx系列MCU外围元器件配置参考数据
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BOM中，32kHz石英晶振用于LSE，频点为32.768kHz，两个匹配电容选择10pF的MLCC电容器，无需匹配电阻。8MHz石英晶振用于HSE，两个匹配电容C14、C15选择20pF的MLCC电容器，匹配电阻R4选择390Ω，具体应以晶振参数和涉及要求为准。
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使用MCU的产品，外围电路都离不开晶振电路设计。

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共振频率取决于晶体的尺寸、形状、弹性、与物质内的音速。高频用的晶体通常是切成简单的形状。
1 V$ _  V$ C. S' s1 i1 C逆压电效应。当外加电场移除时，石英晶体会恢复原状并发出电场，因而在电极上产生电压。

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了解晶振电路的设计，首先你要熟悉Pierce(皮尔斯)振荡器电路

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晶振电路设计包含一个反相器、一个电阻、一个石英晶体、两个小电容。石英晶体是高选择度的滤波元件。