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一、STM32时钟系统详解

1 STM32的时钟源主要有：

• 内部时钟

• 外部时钟

• 锁相环倍频输出时钟

1.1 详细介绍

HSI(内部高速时钟)

• 它是RC振荡器，频率可以达到8MHZ，可作为系统时钟和PLL锁相环的输入

HSE（外部高速时钟）

• 接入晶振范围是4-16MHZ，可作为系统时钟和PLL锁相环的输入，还可以经过128分频之后输入给RTC。

LSI（内部低速时钟）

• 它是RC振荡器，频率大概为40KHZ,供给独立看门狗或者RTC，并且独立看门口只能依靠LSI作为时钟源

LSE(外部低速时钟)

• 通常外接32.768MHZ晶振提供给RTC

PLL（锁相环）

• 用来倍频输出。因为开发板外部晶振只有8MHZ，而STM32最大工作频率是72MHZ。他可以通过HSI输入，HSE输入或两分频输入，通过PLL倍频（2-16），倍频之后输入给系统时钟。

MCO（时钟输出管脚）

• 通常对应STM32 PA8，它可以选择一个时钟信号输出，给外部的系统提供时钟源

2 标准库的时钟配置

2.1 STM32启动文件

首先打开startup_stm32f10x_hd.s，该文件为stm32的启动文件，在该文件内会发现有这么一块用汇编写的代码。

      Reset_Handler   PROC            EXPORT  Reset_Handler    [WEAK]            IMPORT  __main            IMPORT  SystemInit            LDR     R0, =SystemInit            BLX     R0                           LDR     R0, =__main            BX      R0            ENDP

通过这段汇编代码可以看出，程序在执行main函数之前，会先执行SystemInit函数。

2.2 SystemInit函数详解

void SystemInit (void)
{/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) *//* Set HSION bit */RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CLRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#elseRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */   /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;/* Reset HSEBYP bit */RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;#ifdef STM32F10X_CL/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x00FF0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
#else/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)#ifdef DATA_IN_ExtSRAMSystemInit_ExtMemCtl(); #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif /* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers *//* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */SetSysClock();#ifdef VECT_TAB_SRAMSCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#elseSCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif 
}

打开内部8M时钟:

RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001

通过查看寄存器手册可知，这段代码为打开内部8M时钟。

设置时钟配置寄存器：

#ifndef STM32F10X_CL  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;#else  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;#endif /* STM32F10X_CL */   

 whaosoft aiot http://143ai.com 

2.3 SetSysClock()函数详解

static void SetSysClock(void){#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE  SetSysClockToHSE();#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz  SetSysClockTo24();#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz  SetSysClockTo36();#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz  SetSysClockTo48();#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz  SetSysClockTo56();  #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz  SetSysClockTo72();#endif}

system_stm32f10x.c文件中会根据芯片的型号定义对应的宏:

#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */#define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000
#else
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */
/* #define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000 */ 
/* #define SYSCLK_FREQ_36MHz  36000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz  48000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz  56000000 */
#define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000
#endif

3 时钟配置函数

3.1 时钟初始化配置函数​​​​​​​

void SystemInit(void);SYSCLK(系统时钟)=72MHZ;AHB总线时钟(HCLK=SYSCLK)=72MHZ;APB1总线时钟(PCLK1=SYSCLK/2)=36MHZ;APB2总线时钟(PCLK1=SYSCLK/1)=72MHZ;PLL主时钟=72MHZ;

3.2 外设时钟使能配置函数​​​​​​​

void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState);void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);

3.3 时钟源使能函数​​​​​​​

void RCC_HSICmd(FunctionalState NewState);void RCC_LSICmd(FunctionalState NewState);void RCC_PLLCmd(FunctionalState NewState);void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);

3.4 时钟源和倍频因子配置函数​​​​​​​

void RCC_HSEConfig(uint32_t RCC_HSE);void RCC_SYSCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLKSource);void RCC_HCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLK);void RCC_PCLK1Config(uint32_t RCC_HCLK);void RCC_PCLK2Config(uint32_t RCC_HCLK);

3.5 外设时钟复位函数​​​​​​​

void RCC_APB2PeriphResetCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);void RCC_APB1PeriphResetCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);

 3.6 自定义系统时钟​​​​​​​

void RCC_HSE_Config(u32 div,u32 pllm)
{RCC_DeInit();RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);if(RCC_WaitForHSEStartUp()==SUCCESS){   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);RCC_PLLConfig(div,pllm);RCC_PLLCmd(ENABLE);     while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY)==RESET)RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK)while(RCC_GetSCLKSource()!=0x08);}
}

二、无刷直流电机的基本工作原理

无刷直流电机简介

    无刷直流电机，英语缩写为BLDC（Brushless Direct Current Motor）。电机的定子是线圈，或者叫绕组。转子是永磁体，就是磁铁 。根据转子的位置，利用单片机来控制每个线圈的通电，使线圈产生的磁场变化，从而不断在前面勾引转子让转子转动，这就是无刷直流电机的转动原理。下面深入一下。

无刷直流电机的结构

    首先先从最基本的线圈说起。如下图。可以将线圈理解成长得像弹簧一样的东西。根据初中学过的右手螺旋法则可知，当电流从该线圈的上到下流过的时候，线圈上面的极性为N，下面的极性为S。

    现在再弄一根这样的线圈。然后摆弄一下位置。这样如果电流通过的话，就能像有两个电磁铁一样。

    再弄一根，就可以构成电机的三相绕组。

    再加上永磁体做成的转子，就是一个无刷直流电动机了。

无刷直流电机的电流换向电路

    无刷直流电机之所以既只用直流电，又不用电刷，是因为外部有个电路来专门控制它各线圈的通电。这个电流换向电路最主要的部件是FET（场效应晶体管，Field-Effect Transitor）。可以把FET看作是开关。下图将FET标为AT（A相Top），AB（A相Bottom），BT，BB，CT，CB。FET的“开合”是由单片机控制的。

用霍尔传感器确认转子位置

    霍尔传感器通过霍尔效应（Hall Effect），能检测出磁场强度的变化。根据高中物理所学的左手定则（用来判断带电导体在磁场中的受力方向），在霍尔传感器所在的回路中，磁场使带电粒子的运动发生偏转，带电粒子“撞到”霍尔传感器的两边，产生电位差。这时就可以用电压计接到霍尔传感器的两边，检测出这种电压变化，从而检测出磁场强度的变化，原理如下图所示。

电气角度和机械角度关系

    虽然在这里插入这么个小知识有点怪，但我还是觉得有必要的，因为我觉得当时学的时候不太好理解。在这里配合霍尔传感器的实例说可能好懂一点。机械角度就是电动机转子实际转过的角度。电气角度和机械角度的关系与转子的极对数有关。​​​​​​​​​​​​​​

电气角度 = 极对数 x 机械角度

    因为实际上线圈生成的磁场要吸引的是转子的磁极。所以对于电机的转动控制来说，我们只关心电气角度就好。

怎样控制无刷直流电机的转速？

    线圈两端的电压越大，通过线圈的电流越大，生成磁场越强，转子转动得就越快。因为接的电源是直流的，所以我们通常用PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）来控制线圈两端电压的大小。PWM的简单原理如下。

所以给无刷直流电机通电的时候，用单片机产生的PWM不断地控制FET的开合，能使线圈反复处于通电断电，通电断电的状态。通电时间长（Duty大），线圈两端的等效电压就大，产生的磁场强度就强，转子转动就快；通电时间短（Duty小），线圈两端的等效电压就小，产生的磁场强度就弱，转子转动就慢。

    PWM波形接到FET的Gate（门极）上，控制FET的开合。假设Gate上的电压为高时，FET闭合导通；Gate上的电压为低时，FET断开不通电。

    而且同一相上的上下两个FET须由反相的PWM波形控制，以防止上下两个FET同时导通，造成电流不通过电机而上下相同，造成短路。

    无刷直流电机的关键有三点：

• 线圈绕组电流的换向顺序。电流的换向顺序决定了由线圈产生的磁场的旋转方向，从而决定了转子的转动方向

• 霍尔传感器或其它手段来估计永磁体转子所处的位置，用于决定电流什么时候换向

• 使用单片机产生的PWM波形来控制电机绕组的通电时间，来控制转子转动的速度

三、零欧姆电阻的使用技巧

   零欧姆电阻又称为跨接电阻器，是一种特殊用途的电阻，0欧姆电阻的并非真正的阻值为零，欧姆电阻实际是电阻值很小的电阻。

    电路板设计中两点不能用印刷电路连接，常在正面用跨线连接，这在普通板中经常看到，为了让自动贴片机和自动插件机正常工作，用零电阻代替跨线。

  上图是用在单面PCB板上做跨线的0欧姆电阻。

    零欧姆电阻的作用总结可以包括以下作用：

• 在电路中没有任何功能，只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。

• 可作跳线使用，避免用跳针造成的高频干扰(成为天线)

• 在匹配电路参数不确定的时候，以0欧姆代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值的元件代替。

• 0欧姆电阻实际是电阻值很小的电阻，想测某部分电路的耗电流的时候，接0欧姆电阻，接上电流表，这样方便测耗电流，可用于测量大电流。

上图是用在单面PCB板上做跨线的0欧姆电阻。

• 在布线时，如果实在布不过去了，也可以加一个0欧的电阻。

• 在高频信号下，充当电感或电容。(与外部电路特性有关)电感用，主要是解决EMC问题。如地与地，电源和IC Pin间。

• 单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开，各自成为独立系统。)

    做电路保护，充当低成本熔丝(圈圈USB电路中以0欧0603电阻充当USB过流保护)由于PCB上走线的熔断电流较大，如果发生短路过流等故障时，很难熔断，可能会带来更大的事故。由于0欧电阻电流承受能力比较弱(其实0欧电阻也是有一定的电阻的，只是很小而已)，过流时就先将0欧电阻熔断了，从而将电路断开，防止了更大事故的发生。有时也会用一些阻值为零点几或者几欧的小电阻来做保险丝。不过不太推荐这样来用，但有些厂商为了节约成本，就用此将就了。

 在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接，相关文章:认识地弹（地噪声）。我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。附带提示一下，这样的场合，有时也会用电感或者磁珠等来连接。

    配置电路，一般产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会，为了减少维护费用，应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上，相关文章:0欧电阻在电路中有妙用。

    零欧姆电阻可以承受多少电流?

    设计电路经常要用零欧姆电容，一般根据线路电流来选择电阻额定功率，那0欧姆一般选多少合适?

    一般的0欧姆电阻的实际阻值在50毫欧左右+-5%的偏差。所以根据额定功率，你就可以计算出来，它的额定电流了。

• 0402 1/16W：1/16=I*I*0.05 即I=1.118A;

• 0603 1/8W：1/8=I*I*0.05 即I=1.58A;

• 0805 1/4W：1/4=I*I*0.05 即I=2.236A;

    对于每种封装的O欧姆电阻具体可以通过多大的电流，还需要根据电阻在PCB板上的散热情况来决定。

    下面分别测试了0603， 0805， 1206三种封装下，通过的电流和电阻两端之间的电压的关系。可以看到三种封装的电阻都在电流实际超过6A之后，电压开始快速上升。

    上图是在测试0欧姆电阻最大流经电流。

    这说明电阻的温度也急剧增加，导致功耗也大幅度增加。0603电阻在电流增加到11.5A时烧毁，0805电阻在电流增加到12A时烧断，1206的电阻在12A时没有烧毁。

   上图是0603封装0欧姆电阻电流与电压之间的曲线。

    上图是0805封装0欧姆电阻电流与电压之间的曲线。

    上图是1206封装0姆电阻电流与电压之间的曲线。

四、射频中的非线性

在我们常规的认识里面，射频无源器件都是线性器件，耦合器的耦合度，滤波器的损耗和衰减，天线的增益等等，我们仅需在功率的dBm格式中加或者减去这些器件的相应dB 值就可以。

在时分双工TDD系统中，收发靠时间来分开，发射链路的互调也没有以往在频分双工FDD中那么受人关注。

安逸久了，以至于慢慢淡忘了曾经受到的痛苦。尤其是在FDD滤波器生产中无源互调的那些磨难，痛苦到只能用玄学来解释这些PIM的来源，以至于有一些无神论不是那么坚定的人有了烧香拜佛求助的念头。

现在的射频工程师确实比以往幸福了很多。

在《无源互调干扰导论》这本书中，介绍了在卫星通信中因PIM产物影响而发生故障的例子：

美国舰队通信卫星FLTSTCOM的3阶，美国海事卫星MARISAR的13阶，欧洲国际通信卫星V号IS-V的27阶，甚至欧洲海事卫星MARECS的43阶 PIM 产物落在了接收通带引起干扰，一度影响了一些国外卫星系统的研发进展和使用。

3阶，5阶，7阶的影响比较大，我们比较容易理解，27阶和43阶都要考虑到是不是有点过头了？

所以，在射频设计中，任何时候的掉以轻心都有可能带来意想不到的损失。

那么无源互调的来源是什么？又该如何解决呢？我们今天一起来探讨一下。

 互调产物的数学解释 

在我们学习《信号与系统》这本书的时候，有一个比较重要的概念——线性时不变系统 LTI。

线性时不变系统要求一个信号通过这个系统时，可以放大，缩小，延时，但是信号的基本特征不变，从数学上要满足齐次性，叠加性和时不变性，下图给了比较生动的解释。

这个构成了我们通信的数学基础，也是所有通信人梦寐以求能达到的效果——所有信息能够无失真的传输。

说的再简单一点就是这个系统的输出y是输入x的一次函数，用高等数学来解释就是函数的一阶导数为常数。

在线性时不变这个假设的舞台上，我们肆意狂舞，忘却了这一切都想贾宝玉的太虚幻境一般虚无缥缈，非线性才是这个世界的常态。

任何的变化都具有不确定性，量与量之间的关系都不是简单的线性关系。

来，补交数学作业了！

同时呢，假设输入信号为最简单的两个不同频率的余弦信号的线性组合

简直惨不忍睹啊，进去两个频率的信号，出来了一堆，而且还是简略版的非线性。那要是标准非线性不是出来的更多。

心情稍微平复一下，我们捋一下这个产物都有什么？

1，靠近直流的频率：  w1-w2， DC

2，靠近输入信号的频率：w1，w2，2w1-w2，2w2-w1，

3，二阶谐波的频率：2w1，2w2

4，三阶谐波附近的频率：3w1，3w2，2w1+w2，2w2+w1

放到频域里面如下图所示：

通常情况下，2w1-w2和2w2-w1这两个互调信号距离主信号交近，会造成带内临近信道干扰，是射频设计中常常会注意到的项，其他项距离主信号比较远，对于有源部分产生的互调产物，可在后端加滤波器进行滤除，但是如果是无源滤波器和天线产生的互调产物，就无能为力了。

 互调产物的物理机理 

对于有源电路部分，非线性的解释比较充分，研究的也比较透彻。比如混合器，本身就是利用了电路的非线性完成调制信号和载波信号混频的功能；而对于功率放大器，为了追求更高的效率，常常工作在晶体管的饱和区，非线性带来的增益的一点点压缩，也就导致了输出信号和输入信号的非线性关系。

而无源器件的非线性就更加奇妙了，以至于有些时候，人们只能求助于玄学了。但是随着人们研究的深入，无源非线性的物理机理也慢慢呈现在我们的眼前。无源器件的非线性主要可分为材料非线性和接触非线性。

材料的非线性现象包括以下几个方面：

1，电介质薄层的电子隧道效应：比如在铝材料表面的氧化铝薄层就有这种电子隧道效应。

2，铁磁效应：铁磁材料有很高的磁导率，并且随着磁场做非线性变化，具有磁滞效应；常见的铁磁材料包括铁，有磁钢，钴，镍等，都是在射频无源器件设计中应该避免用到的；

3，电致伸缩，即电场的非线性变化，比如产生于聚四氟乙烯PTFE电介质中的电致伸缩会对同轴电缆中的PIM有所贡献；

4，磁阻，磁场引起金属导体电阻的变化；

5，微放电效应，由于强电场产生的离子气体而引起二次电子倍增，如在微狭缝之间和跨越金属中砂眼的微放电；

6，电介质击穿等。

当然还有空间电荷效应，离子导电，热离子发射效应，内部肖特基效应等，都会引起无源器件的非线性，进而产生互调信号。

 接触非线性 

接触非线性主要包括材料结构和老化引起的非线性

1，材料结构引起的非线性主要包括：不同零部件的安装，比如，谐振器，连接器，调谐螺钉等，还有材料结构折弯产生的微裂缝等。其产生机理主要包括接触面不良接触引起的机械效应和电子效应。

2，老化引起的非线性，主要是指随着时间的增加，接触面的松动或者滑动都会引起接触的不良，另外金属氧化物的产生，会导致更多的非线性产生。

 总 结 

在射频设计中，非线性才是常态，如何处理非线性导致的问题，是考究射频工程师设计功底的一道压轴题。但是常态并不意味着一定会有影响，尽可能的去减小它的影响才是我们应该做的。

有果必有因，遇到问题，先尝试着找到问题的根，然后解决方法就应运而生了。