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深入解析：【GD32】输出时钟配置

news 2026/1/12 12:38:36

深入解析：【GD32】输出时钟配置

GD32微控制器（特别是基于ARM Cortex-M内核的系列，如GD32F1xx, GD32F3xx, GD32E2xx等）可以通过内部时钟源，在特定的引脚上输出时钟信号。

此功能的核心是配置复用功能重映射和调试支持（AFIO） 以及相应的定时器（Timer）。

最典型的两种方法

GD32输出时钟主要有两种常见方式：

从MCO引脚输出系统时钟
从定时器的通道引脚输出时钟

方法一：从MCO引脚输出主时钟

MCO（Microcontroller Clock Output）是芯片专门用于时钟输出的引脚。它可以直接输出内部的主要时钟源（如内部高速RC振荡器HSI、外部高速晶振HSE、PLL输出、系统时钟SYSCLK等）。

步骤（以GD32F103系列为例，输出SYSCLK）：

使能GPIO端口时钟：MCO引脚通常是PA8。
```
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
```
配置GPIO模式：将PA8设置为复用推挽输出模式，并选择较高的速度。
```
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_8);
```

配置时钟源：选择你想要从MCO引脚输出的时钟源。

/* 例如，输出PLL的2分频时钟（这是最常用的SYSCLK来源） */
rcu_ckout_config(RCU_CKOUT_SRC_PLLPSC2);
/* 其他可选时钟源：
RCU_CKOUT_SRC_HSE    - 外部高速晶振
RCU_CKOUT_SRC_HSI    - 内部高速RC振荡器
RCU_CKOUT_SRC_PLLPSC2 - PLL时钟的2分频（通常是SYSCLK）
RCU_CKOUT_SRC_LSE    - 外部低速晶振（32.768KHz）
RCU_CKOUT_SRC_LSI    - 内部低速RC振荡器（40KHz）
*/

注意：MCO输出的时钟可能会经过一个预分频器（例如PLLPSC2），具体请参考对应型号的参考手册，查看RCU_CFG1寄存器中MCO相关的配置位。

方法二：从定时器输出时钟

这种方法更为灵活，可以输出一个频率可编程的、非常稳定的方波。其原理是将定时器配置为某种特定的PWM模式（翻转模式），使其通道引脚在每个定时器周期都产生一次翻转，从而输出一个频率为定时器更新频率一半的方波。

步骤（以使用TIMER1的CH0（PA8）输出1MHz时钟为例，假设系统时钟为108MHz）：

使能时钟：使能定时器和GPIO的时钟。

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1);

配置GPIO：将定时器通道对应的引脚（如PA8）配置为复用推挽输出。
```
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_8);
```

配置定时器：

预分频器（PSC）：用来对定时器时钟进行分频。
自动重载值（ARR）：决定计数周期。

我们希望输出的时钟频率为 Fout = 1MHz。
定时器通道引脚会在每个更新事件时翻转一次，因此引脚翻转的频率就是定时器的更新频率 Fupdate。
而方波频率 Fout = Fupdate / 2。

所以，我们需要定时器的更新频率 Fupdate = 2 * Fout = 2MHz。

假设定时器的输入时钟 Ftimer = 108MHz。
则所需的定时器分频系数为：Ftimer / Fupdate = 108M / 2M = 54。

配置如下：

timer_parameter_struct timer_initpara;
timer_oc_parameter_struct timer_ocinitpara;
/* 初始化定时器基本参数 */
timer_struct_para_init(&timer_initpara);
timer_initpara.prescaler         = 53;        // PSC = 53, 实际分频系数为 53+1=54
timer_initpara.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;
timer_initpara.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;
timer_initpara.period            = 1;         // ARR = 1, 计数2次（0和1）后产生更新
timer_initpara.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;
timer_init(TIMER1, &timer_initpara);
/* 验证频率： Fout = (108MHz / (53+1)) / (1+1) / 2?
更正思路：
定时器时钟 = 108MHz / (PSC+1) = 108M / 54 = 2MHz。
更新事件频率 = 2MHz / (ARR+1) = 2M / 2 = 1MHz。
引脚在每次更新时翻转，输出频率 = 更新频率 / 2? 这里需要修正理解。
更准确的计算：
- 引脚被设置为"翻转"模式。
- 定时器从0计数到ARR，然后溢出产生更新事件。
- 每次更新事件，引脚电平翻转一次。
- 因此，引脚要完成一个完整周期（高->低->高），需要两次更新事件。
- 所以，输出频率 = 定时器更新频率 / 2。
定时器更新频率 = Ftimer / ((PSC+1) * (ARR+1))
所以 Fout = [108MHz / (54 * 2)] / 2 = (1MHz) / 2 = 500KHz? 这不对。
正确配置和计算：
目标 Fout = 1MHz。
因为 Fout = Fupdate / 2， 所以 Fupdate = 2MHz。
又因为 Fupdate = Ftimer / ((PSC+1) * (ARR+1))
令 ARR = 0， 则 (ARR+1) = 1, 则 Fupdate = Ftimer / (PSC+1)
所以 PSC+1 = 108MHz / 2MHz = 54 -> PSC = 53.
此时 Fupdate = 2MHz, Fout = 1MHz。 正确。
所以配置应为： PSC=53, ARR=0.
*/
timer_initpara.period = 0; // ARR = 0, 计数2次（0和1？）不对，从0到0是1次？标准理解：ARR=0时，计数值从0到0，即只计数1次就更新。
修正： 定时器计数值从0到ARR，计数次数是ARR+1次。
所以，更新频率 = Ftimer_input / ( (PSC+1) * (ARR+1) )
要输出1MHz， 令 ARR=1， 则：
Fupdate = 108M / (54 * 2) = 1MHz。
Fout = Fupdate / 2 = 500KHz。 不符合目标。
重新计算，目标是 Fout=1MHz：
Fout = Ftimer_input / (2 * (PSC+1) * (ARR+1))
所以 (PSC+1) * (ARR+1) = 108M / (2 * 1M) = 54.
我们可以取 PSC=53, ARR=0 -> (54 * 1) = 54. 正确。
所以配置应为 PSC=53, ARR=0.
*/
// 因此，更正后的配置：
timer_initpara.prescaler = 53;
timer_initpara.period    = 0; // ARR = 0
timer_init(TIMER1, &timer_initpara);

配置输出比较通道为翻转模式：

/* 初始化输出比较参数 */
timer_channel_output_struct_para_init(&timer_ocinitpara);
timer_ocinitpara.outputstate  = TIMER_CCX_ENABLE;
timer_ocinitpara.ocpolarity   = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
timer_ocinitpara.ocidlestate  = TIMER_OC_IDLE_STATE_LOW;
/* 设置通道0为翻转模式 */
timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_TOGGLE);
timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_0, &timer_ocinitpara);

使能定时器：

timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER1);
timer_enable(TIMER1);

总结与选择

特性	MCO 输出	定时器输出
时钟源	固定的系统时钟源（HSI, HSE, PLL, SYSCLK等）	来自定时器的时钟（通常也是系统时钟）
频率	固定或有限分频（取决于RCU配置）	高度可编程，频率范围广，非常灵活
精度	高，直接来源于时钟源	高，依赖于系统时钟精度
用途	为外部芯片提供系统主时钟、时钟监控	生成任意频率的方波、驱动需要时钟的器件
占用资源	几乎不占用	占用一个定时器通道