Что такое микроконтроллер, зачем он нужен и как его используют

Применение

С развитием радиоэлектроники КР нашли своё применение в таких приборах, как:

кварцевые часы работают на основе эффекта кварцевого резонанса, что позволяет им функционировать с максимальной точностью;
различные измерительные устройства, оснащённые кварцевыми резонаторами, являются высокоточными приборами;
морские эхолоты, благодаря кварцевым резонаторам, определяют местонахождение различных объектов на большой глубине под водой (рельеф дна, отмели и разные крупные и мелкие предметы);
опорные генераторы;
радиостанции;
полосовые фильтры радиоприёмников.

Преимущества

Кварцевые резонаторы обладают непревзойдённой точностью метрологических параметров. Высокая эффективность работы вызвала повсеместную замену аналоговых приборов на кварцевые устройства.

Дополнительная информация. Появление нового материала такого, как графен, может в будущем совершенно изменить конструкцию резонатора.

Управление микроконтроллером

Управление МК может осуществляться двумя способами:

Проводной путь. Управление исполнительными механизмами происходит через электропроводное соединение управляющих цепей и исполнительных механизмов. Включение — по нажатию кнопки на диспетчерском пункте или кнопочном пульте.
Беспроводной путь. Такой способ управления не требует проводного соединения. С передатчика или пульта дистанционного управления (ПДУ) передается сигнал, который идет на приемник.

Сигналы беспроводного соединения могут быть:

Оптическими. Подобными сигналами управляется домашняя бытовая техника: телевизоры или кондиционеры.
Радио. Есть несколько вариантов: Wi-Fi, Bluetooth и др.

Развитие современных средств связи позволяет управлять контроллерами как через ПДУ, находясь в непосредственной близости к прибору, так и по интернету из любой точки мира через локальную сеть.

Обеспечивает поддержку cети Wi-Fi МК ESP 8266. В продаже он может быть в виде микросхемы или распаян, как arduino. У него 32-битное ядро, программировать его нужно через последовательный порт UART. Бывают более продвинутые платы с возможностью прошивки по USB – это NodeMCU. Они могут хранить информацию, записанную, например, с датчиков. Такие платы работают с различными интерфейсами, в т. ч. SPI, I2S.

Поддерживает большое число функций:

планировщик задач;
таймер;
канал АЦП;
формирование на выходе ШИМ сигнала;
аудиопроигрыватель и многое другое.

Плата может быть использована как самостоятельное устройство и как модуль для беспроводной связи с Ардуино.

Принцип работы микроконтроллера

Несмотря на сложное устройство принцип работы микроконтроллера очень прост. Он основан на аналоговом принципе действия. Система понимает лишь две команды («есть сигнал», «нет сигнала»). Из этих сигналов в его память вписывается код определенной команды. Когда МК считывает команду, он ее выполняет.

В каждом из МК прописаны свои базовые наборы команд. И только их он способен принимать и выполнять. Сочетая отдельные команды между собой, можно написать уникальную программу, по которой будет работать любое электронное устройство именно так, как требуется.

В зависимости от содержащихся в МК набора программ, они делятся на:

Большинство контроллеров содержит RISC набор. Объясняется это тем, что такой МК проще изготовить, он дешевле и больше пользуется спросом у разработчиков электронной техники.

Тесты осцилляции схем

NDK активно сотрудничает с производителями микроконтроллеров, различных чипсетов и модулей, а также ведет постоянную тесную работу с конечными заказчиками, применяющими в своих изделиях различные чипсеты и кварцевую продукцию. Свой опыт производства кварцевых продуктов, а также опыт сотрудничества с производителями чипсетов и модулей NDK готов предлагать своим заказчикам для облегчения их работы по подбору компонентов для своих изделий. NDK располагает двумя лабораториями – одна в Японии на базе фабрики в г. Саяма и другая в Германии в г. Зинсхайме, где в сотрудничестве с крупнейшими производителями микропроцессоров и чипсетов проводит большую работу по проведению испытаний, направленных на достижение наилучшей совместимости кварцевых компонентов NDK с микросхемами ведущих производителей (IC matching test).

Кварцевые резонаторы, подключаемые к различным микросхемам, микропроцессорам, БИС/СБИС (LSI/VLSI), в некотором смысле являются «дирижерами», управляющими многими тысячами логических элементов, поэтому качество совместной работы микросхем и подключаемых к ним резонаторов имеет важное значение для работы всего устройства (прибора, системы) в целом. Для обеспечения стабильной работы на заданных частотах внутренних тактовых генераторов микросхем с внешними кварцевыми резонаторами необходим правильный выбор номиналов внешних компонентов, в общем случае подключаемых к резонатору по схеме, приведенной на рис

10. Показанные на схеме инвертирующий усилитель и буфер являются внутренними элементами микросхем. В ряде случаев резистор Rf может не устанавливаться, а вместо резистора Rd устанавливаться перемычка, иногда не требуется установка и конденсаторов на входе или выходе генератора. При работе в штатном режиме кварцевый резонатор и конденсаторы образуют П-образный фильтр, обеспечивающий фазовый сдвиг 180°, необходимый для запуска генератора на частоте, определяемой резонатором (так называемая схема генератора Пирса)

Для обеспечения стабильной работы на заданных частотах внутренних тактовых генераторов микросхем с внешними кварцевыми резонаторами необходим правильный выбор номиналов внешних компонентов, в общем случае подключаемых к резонатору по схеме, приведенной на рис. 10. Показанные на схеме инвертирующий усилитель и буфер являются внутренними элементами микросхем. В ряде случаев резистор Rf может не устанавливаться, а вместо резистора Rd устанавливаться перемычка, иногда не требуется установка и конденсаторов на входе или выходе генератора. При работе в штатном режиме кварцевый резонатор и конденсаторы образуют П-образный фильтр, обеспечивающий фазовый сдвиг 180°, необходимый для запуска генератора на частоте, определяемой резонатором (так называемая схема генератора Пирса).

При проведении тестов на совместимость микросхем компания NDK экспериментально определяет параметры, имеющие важнейшее значение для стабильного запуска и функционирования кварцевого резонатора в составе конкретных микросхем при определенных условиях.

Тактирование микроконтроллеров

Тактовая частота МК – это количество тактов за секунду, выполняемых контроллером. Чем она выше, тем большее количество операций он может выполнить.

Существуют несколько способов тактирования МК. Они зависят от использования:

Внутреннего RC-генератора. Он может работать только на частоте 1, 2, 4, 8 МГц. Если нужна другая частота, то он не подойдет. При необходимости использования точных временных интервалов тоже нельзя пользоваться этим методом, т. к. его задающая частота колеблется в зависимости от температуры.
Внешнего кварца. Этот способ имеет более сложное подключение. Емкость конденсатора должна находиться в интервале 15–22 пФ. Один выход присоединяется к резонатору, а другой заземляется.
Внешнего генератора. Этот генератор также нестабилен при разной температуре, как и внутренний.
RС-цепочек. Для данной схемы подойдет конденсатор емкостью от 22 пФ, резистор 10–100 кОм.

Для простейших микроконтроллеров подойдут внутренний или внешний генератор и RC-цепочки. Для проектирования более точных МК потребуются стабильные источники тактирования.

Принцип работы кварцевого резонатора

Работает прибор на основе пьезоэффекта, проявляющегося на пластинке из кварца, причем низкотемпературного. Элемент вырезают из цельного кристалла кварца, соблюдая задаваемый угол. Последний определяет электрохимические параметры резонатора.

Пластинки с обеих сторон покрывают слоем серебра (подходит платина, никель, золото). Затем их прочно фиксируют в корпусе, который герметизируется. Устройство представляет колебательную систему, которая обладает собственной резонансной частотой.

Когда электроды подвергаются переменному напряжению, пластинка из кварца, обладающая пьезоэлектрическим свойством, изгибается, сжимается, сдвигается (зависит от типа обработки кристалла). Одновременно в ней появляется противо-ЭДС, как это происходит в катушке индуктивности, находящейся в колебательном контуре.

Когда подается напряжение с частотой, совпадающей с собственными колебаниями пластинки, то в устройстве наблюдается резонанс. Одновременно:

у элемента из кварца увеличивается амплитуда колебаний;
сильно уменьшается сопротивления резонатора.

Энергия, которая необходима для поддержания колебаний, в случае равенства частот низкая.

.2 Анализ методов решения

Регулирование температуры по заданному значению можно производить разными
способами. Например, применением различных законов управления нагревательным
элементом. Реализацией этого закона может заниматься как электронное
устройство, так и не электронное. Поскольку этот курсовой проект относится к
предмету «Схемотехническое проектирование», то будем
рассматривать только электронные устройства.

Создание современных систем управления различными производственными
объектами невозможно без разработки управляющих автоматов (УА). Управляющий
автомат можно рассматриватькак устройство, реализующее алгоритм
функционирования систем управления, задающий последовательность выполнения тех
или иных операций по управлению некоторым объектом.

Алгоритм управления может быть реализован двумя принципиально различными
способами.

Аппаратный принцип реализации логики управления (жесткая логика) и
программный принцип реализации логики управления предполагает последовательное
во времени выполнение алгоритма функционирования, который определяется в виде
программы и хранится в отдельном блоке памяти.

Таким образом применение программного принципа логики управления
позволяет без особых усилий затрат менять алгоритм работы программы, а значит и
принцип работы устройства.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, о том, что рациональнее
будет применение микроконтроллера, как главного управляющего устройства. Это
обусловлено эффективностью его применения. Выбор типа и марки микроконтроллера
описан ниже.

Что такое микроконтроллер

Микроконтроллер — это специальная микросхема, предназначенная для управления различными электронными устройствами. Микроконтроллеры впервые появились в том же году, что и микропроцессоры общего назначения (1971). Разработчики микроконтроллеров придумали – объединить процессор, память, ПЗУ и периферию внутри одного корпуса, внешне похожего на обычную микросхему. С тех пор производство микроконтроллеров ежегодно во много раз превышает производство процессоров, а потребность в них не снижается.

Микроконтроллеры выпускают десятки компаний, причем производятся не только современные 32-битные микроконтроллеры, но и 16, и даже 8-битные. Внутри каждого семейства часто можно встретить почти одинаковые модели, различающиеся скоростью работы ЦПУ и объемом памяти.

Кварцевая стабилизация частоты

Данный способ стабилизации основан на применении в электрических схемах вместо LC-контуров кварцевого резонатора, что позволяет снизить нестабильность частоты колебаний автогенератора до 10 -7 (отклонение частоты на ∆f=0,1 Гц от генерируемой в f_p=1 МГц).

Кварцевый резонатор представляет собой помещенную в кварцедержатель тонкую прямоугольную пластинку минерала кварца, грани которой определенным образом ориентированы по отношению к осям кристалла. Из физики известно, что кварц обладает прямым и обратным пьезоэлектрическим эффектом. Прямой пьезоэффект возникает при механическом сжатии или растяжении кварцевой пластинки и сопровождается появлением на ее противоположных гранях электрических зарядов.

При воздействии на кварцевую пластинку переменного электрического поля в ней возникают упругие механические колебания (обратный пьезоэффект), приводящие, в свою очередь, к появлению электрических зарядов на гранях пластинки. Кварц можно рассматривать как электромеханическую колебательную систему и сравнивать ее свойства с обычным колебательным LC-контуром (рис.5.9). Добротность кварцевого резонатора достигает сотен тысяч, тогда как у колебательного контура она не превышает 300…400. Механическая прочность и слабая зависимость частотных свойств от температуры обусловливают достаточно высокую эталонность частоты кварцевых резонаторов.

При расчетах кварцевый резонатор представляют эквивалентной схемой (рис.5.9, а), в которой элементы L_кв, C_кв b R_кв характеризуют, соответственно, индуктивность, емкость и омические потери собственно кварца. Емкость С_ок отражает наличие кварцедержателя. Зависимость реактивного сопротивления кварцевого резонатора от частоты x(f) приведена на рис. 5.9, б. Она имеет два резонанса: последовательный на частоте f_k₁ и параллельный на частоте f_k₂. Последовательный резонанс обеспечивают элементы L_кв, и C_кв, отражающие резонансную частоту кварца

f_k₁=

Параллельный резонанс в устройствах с кварцевым резонатором практически не используется.

Схемы кварцевых генераторов. Чаще всего кварц в LC-генераторах применяют в качестве индуктивности (рис. 5.10, а), что упрощает конструкцию, а также уменьшает мощность, рассеиваемую в резонаторе. Условия возникновения гармонических колебаний можно проанализировать, заменив кварцевый резонатор (Кв) его эквивалентной схемой и применив общие уравнения, характеризующие самовозбуждение автогенератора.

На рис. 5.10, б изображена упрощенная схема RC-генератора с мотом Вина, в котором вместо одного из резисторов включен кварцевый резонатор, работающий в режиме резонанса напряжений. Для того чтобы резонансная частота кварца совпадала с квазирезонансной частотой моста Вина, сопротивление резистора R подбирают равным резонансному активному сопротивлению кварца R_кв. Цепь отрицательной ОС с терморезистором R₂, включенная между выходом и инвертирующим входом ОУ, компенсирует температурные изменения резонансного сопротивления кварца и тем самым стабилизирует амплитуду выходных колебаний.

Отметим, что подстройку частоты в принципиальной электрической схеме данного автогенератора осуществляют с помощью конденсаторов. Для этого обычно используется полупроводниковая емкость – варикап.

Цифровые генераторы низких частот

Цифровые генераторы низкочастотных гармонических колебаний по сравнению с аналоговыми характеризуются более эффективными характеристиками: высокими точностью установки и стабильностью частоты, малым коэффициентом нелинейных искажений (строго синусоидальной формой), постоянством уровня выходного сигнала. Цифровые генераторы, получающие все более широкое распространение, удобнее аналоговых в эксплуатации: выше быстродействие, существенно проще установка требуемой частоты, более наглядна индикация. Кроме того, цифровые генераторы имеют возможность автоматической перестройки частоты по заранее заданной программе и применения в сочетании с цифровыми средствами обработки информации.

Действие цифровых генераторов основано на принципе формирования числового кода с последующим преобразованием его в аналоговый гармонический сигнал. Последний аппроксимируется функцией, моделируемый с помощью ЦАП.

Источник

Устройство памяти

Любое устройство воспринимается микроконтроллером как модуль памяти, хотя физически таковым может и не являться. Память программы, оперативная память, регистры устройства ввода\вывода – все они находятся в едином «адресном пространстве».

Как уже говорилось, Cortex-M3 является стандартизованным ядром, а значит, структура его адресного пространства закреплена стандартом. Оно имеет размер 232 = 4 гигабайта. Первый гигабайт памяти распределен между областью кода и статического ОЗУ. Следующие полгигабайта памяти отведены для встроенных устройств ввода-вывода. Следующие два гигабайта отведены для внешнего статического ОЗУ и внешних устройств ввода-вывода. Последние полгигабайта зарезервированы для системных ресурсов процессора Cortex. Диаграмму карты памяти можно найти в документации.

Вот, пожалуй, и всё, что требуется сейчас знать о микроконтроллере, чтобы начать его программировать. Однако… перед этим немного о стандартных библиотеках.

Назад |
Оглавление |
Дальше

1 В русскоязычной литературе такой режим называют двухтактным.

2 Можете изучить документ от компании NXP «AN3208. Crystal Oscillator Troubleshooting Guide» в котором рассматриваются распространённые проблемы с кварцевыми резонаторами и методами их решения.

Параметры кварцевых резонаторов

Номинальная частота – частота F_н, указанная на маркировке или в документации на кварцевый резонатор (измеряется в МГц или кГц). Базовая частота – реальная частота резонатора F_о, измеренная в заданных условиях эксплуатации. Как правило, определяются только климатические условия, а именно базовая температура окружающей среды Т_о, (равная 25± 2°С для резонаторов со срезом типа АТ). Рабочая частота – реальная частота резонатора F, измеренная в реальных условиях эксплуатации (климатических, механических и электрических). Обычно определен только допустимый диапазон изменения рабочей температуры.

Точность настройки частоты – максимально допустимое относительное отклонение базовой частоты резонатора от номинальной частоты. Измеряется в миллионных долях от номинальной частоты, обозначаемых как ppm (part per m illion) или 1•10 -6. В отдельных редких случаях значение этого параметра приводится в процентах. Как правило, значение точности настройки частоты кварцевого резонатора выбираются из стандартного ряда.

Параметры кварцевых резонаторов.

Температурная нестабильность частоты

Относительное отклонение рабочей частоты резонатора от базовой частоты. Может быть представлено в виде зависимости от рабочей температуры T, в соответствии с формулой для кварцевых пластин с типом среза АТ и формулой (4) для кварцевых пластин остальных типов. Долговременная нестабильность частоты (старение) – систематическое изменение базовой частоты с течением времени из-за внутренних изменений в кварцевом резонаторе. Параметр старения задается как относительное изменение базовой частоты за заданный промежуток времени. Это значение выражается в частях миллиона за год (например, 3 ppm / year ). Уход частоты под влиянием старения в максимальной степени сказывается в течение первых 30 – 60 дней эксплуатации, после чего влияние этого фактора уменьшается. Стандартный ряд относительных отклонений частоты для резонаторов общего назначения включает следующие классы точности: ±5, ±10, ±15, ±20, ±30, ±50, ±75 и ±100 ppm.

Режим работы резонатора (номер гармоники)

Режим работы резонатора – неизменяемый параметр, определяющий частоту колебания. Для кристаллов кварца может использоваться не только основная частота, но и ее нечетные гармоники – обертоны. Например, кристалл может работать на основной частоте 10 МГц, или в нечетных гармониках приблизительно 30 МГц (третий обертон), 50 МГц (пятый обертон) и 70 МГц (седьмой обертон).

Основная частота

В последующих разделах представлен обзор внутренних RC-генераторов AVR-микроконтроллеров.

Некоторые AVR-микроконтроллеры имеют только один RC-генератор, а другие до 4 выборочных генератора. Диапазон частот составляет от 1 МГц до 9,6 МГц. Для обеспечения высокой точности внутреннего RC-генератора в память ввода-вывода включен регистр калибровки генератора OSCCAL. Регистр OSCCAL является однобайтным. Назначением данного регистра является настройка частоты генератора. Данная настройка используется при калибровке RC-генератора.

Значение заводского калибровочного байта Atmel хранится в строке сигнатуры микроконтроллера. Калибровочный байт может варьироваться среди микроконтроллеров, т.к. частота RC-генератора зависима от технологии производства. Если микроконтроллер имеет более одного генератора, то значения калибровочных байт для каждого RC-генератора хранятся в строке сигнатуры.

Калибровочный байт RC-генератора, используемого по умолчанию, в большинстве микроконтроллеров автоматически считывается из строки сигнатуры и копируется в регистр OSCCAL при подаче питания. Например, у микроконтроллера ATmega8 по умолчанию активизирован внутренний RC-генератор с частотой 1МГц и при подаче питания калибровочный байт этого генератора автоматически загружается в регистр калибровки генератора. Если посредством конфигурационных бит выбран генератор 4МГц вместо используемого по умолчанию, то в программе необходимо предусмотреть ручную загрузку калибровочного байта этого генератора в регистр OSCCAL. С помощью средств для программирования может быть считано значение калибровочного байта генератора 4МГц, а затем сохранено во флэш-память или ЭСППЗУ. Далее уже в программе необходимо предусмотреть считывание калибровочного байта и его копирование в регистр OSCCAL в процессе выполнения программы.

В дополнение к настройке частоты генератора посредством регистра OSCCAL у некоторых микроконтроллеров предусмотрен предделитель системной синхронизации. Регистр предделителя (CLKPR) может использоваться для масштабирования системной синхронизации с предопределенными коэффициентами деления в коде двоичного дополнения. Кроме того, на данный предделитель можно повлиять посредством конфигурационных бит. Если запрограммировать бит CKDIV8, то CLKPR будет делить системную синхронизацию на 8. Это может понадобиться, если необходимо гарантировать работу микроконтроллера на частоте ниже номинальной. CLKPR может быть изменен во время выполнения программы для внутреннего изменения частоты синхронизации.
Основная частота генератора определена как немасштабированная частота генератора.

Основы программирования

Прежде чем приступать к программированию МК, нужно выбрать язык. Начинать лучше с Ассемблера. Хотя для понимания он достаточно сложен, но если приложить силы и все-таки понять его логику, то тогда станет ясно, что именно происходит в контроллере.

Если Ассемблер окажется сложен, то можно начинать с Си. Одной из сильных его сторон является то, что он хорошо переносит коды с одного вида МК на другой. Но для этого надо правильно все прописать, разделив рабочие алгоритмы и их реализации в машине по разным частям проекта. Это позволит переносить алгоритм в другой контроллер, переделав всего лишь интерфейсный слой, в котором прописано обращение к «железу», оставив рабочий код без изменений.

Далее действуют по следующей схеме:

Выбор компилятора и установка среды (подробнее о них писалось выше).
Запуск среды и выбор в ней нового проекта. Необходимо будет указать место расположения. Путь нужно выбирать наиболее короткий.
Настройка проекта. Классическим действием будет создание make-файла, в котором прописываются все зависимости. На первой странице указывают еще частоту работы МК.
Настройка путей. В них надо добавить директорию проекта. В нее можно добавлять сторонние библиотеки.
Постановка задачи.
Сборка схемы. На этом этапе надо соединить модуль USB-USART конвертера с аналогичными выводами МК. Это позволит прошить микроконтроллер без программатора. Нужно накинуть джамперы, соединяющие LED1 и LED2. Этим действием мы подключим светодиоды LED 1 и 2 к выводам PD4 и PD5.
Пропись кода.
Добавление библиотек и заголовков с определениями.
Главные функции. Язык Си состоит из одних функций. Они могут быть вложенными и вызываться в любом порядке относительно друг из друга и разными способами. Но все они имеют три обязательных параметра: 1) возвращаемое значение; 2) передаваемые параметры; 3) тело функции. В зависимости отданных, все возвращаемые или передаваемые значения должны быть определенного типа.
Компиляция и запуск эмуляции.
Отладка программы.

После того как прописали программу на языке Си, можно понаблюдать, как и что происходит в МК. Это поможет выстроить аналогию с программированием на Ассемблере.

Варианты генерирования тактового сигнала

Каждому микроконтроллеру нужен источник тактового сигнала. Процессор, шина памяти, периферия – тактовые сигналы находятся внутри микроконтроллера. Они определяют скорость, с которой процессор выполняет инструкции, скорость передачи сигналов по последовательной связи, количество времени, необходимое для выполнения аналого-цифрового преобразования, и многое другое.

Всё это тактирующее действие приводит к источнику тактового сигнала, а именно к генератору. Поэтому вам необходимо убедиться, что ваш генератор сможет поддерживать любую производительность, которую вы ожидаете от своего микроконтроллера. Однако, в то же время некоторые варианты генераторов более сложны или дороги, по сравнению с другими

Поэтому ваш выбор генератора должен также основываться на важности снижения затрат и сложности, когда это возможно

Существует довольно много способов формирования тактового сигнала для микроконтроллера. Техническое описание для вашего конкретного устройства должно содержать достаточно много информации о том, какие типы генераторов вы можете использовать, и как реализовать их таким образом, чтобы это было совместимо с аппаратным обеспечением устройства

В данной статье основное внимание будет уделено преимуществам и недостаткам различных источников тактовых импульсов, чтобы вы могли осмысленнее сделать выбор среди вариантов генераторов, описанных в техническом описании на ваш микроконтроллер

Итак, давайте начнем со списка, а затем обсудим каждый вариант:

внутренний:
- обычно (насколько я знаю, всегда) схема резистор-конденсатор;
- петля фазовой автоподстройки частоты с дальнейшим умножением частоты;
внешний:
- генератор на CMOS логике;
- кварцевый резонатор;
- керамический резонатор;
- резистор-конденсатор;
- только конденсатор.

Что такое система тактирования?

Что же является сердцем микроконтроллера, что заставляет его работать? Выбирая компьютер в магазине, вы наверняка обращали внимание на такой показатель, как «тактовая частота»

В первом приближении частота характеризует производительность (память, ядро и т.д.), и коррелирует с количеством операций в секунду. Однако, системы с одинаковой частотой могут иметь различную производительность: выполнение одной и той же операции может занимать разное количество тактов, это зависит от архитектуры и инструкций, реализованных в ядре.

Работа всех подсистем микроконтроллера (блоков периферии) зависит от того, получают они тактовые сигналы или нет. Нет тактового сигнала — периферия не работает. При этом некоторые блоки не могут работать на той же частоте, что и ядро. Все эти тонкости описываются в документации.

По умолчанию тактирование любой периферии в STM32 отключено, и необходимо включать её вручную. Для этого используется модуль RCC (англ. Reset and Clock Control), о ктором будет рассказано в другом разделе.

Источником тактового синхросигнала служит генератор тактовых импульсов. Он может быть реализован разными способами, с использованием разных физических эффектов.

RC-генератор — встроенный источник тактового сигнала, основан на RC-цепочке. Минусом такого генератора является небольшая точность (для часов такой генератор не рекомендуется использовать).
Кварцевый или керамический резонатор — более точный источник тактовых импульсов, основан на пьезоэлектрическом эффекте.
Внешний сигнал — можно использовать любой другой источник, хоть cиси-одоси, который при опрокидывании будет замыкать проводник на питание и тем самым генерировать сигнал (заполнение должно быть порядка 50%). В некоторых случаях для тактирования часов используют частоту питающей сети (в России это 50 Гц, в США 60 Гц), но точность будет не большой.

Ниже приведена схема тактирования микроконтроллера stm32f103c8, поясняющая, как происходит тактирование.

Изображение из Reference Manual, Figure 8. Clock tree

Большая часть системы тактируется от линии (англ. System Clock), за исключением блоков USB, RTC и т.д. Источником сигнала для неё могут выступать три источника HSI, HSE и PLL.

HSI (сокр. High Speed Internal) — встроенный RC-генератор тактового сигнала работающий на частоте 8 МГц. Его калибруют на заводе, но при изменении температуры частота может колебаться от 7,3 МГц до 8,7 МГц. При подаче питания он является источником тактового сигнала, далее программа может переключаться на другие источники.
HSE (сокр. High Speed External) — внешний генератор (обычно кварцевый или керамический резонатор), который подключаются к соответствующим ножкам МК.
PLL (сокр. Phase-Locked Loop) — система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), позволяет умножать частоту HSI или HSE на множитель от 2 до 16. Частота поступающая на ФАПЧ делится пополам.

При работе внешний резонатор может перестать работать. Причины могут быть разными: сбои в питании, температурный режим, плохая разводка, наводки или его может оторвать в ходе эксплуатации (почему нет?). Для этих случаев предусмотрен блок аварийного переключения CSS (англ. Clock Security System): он способен автоматически переключить систему на внутренний источник (PLL, если он использовался, будет остановлен). Рассматривать мы его не будем.

Максимальная частота stm2f103c8 72 МГц, однако она не достижима при работе от внутреннего генератора (4 МГц 16 = 64 МГц).

При настройке системы тактирования также нужно брать во внимание, что в STM32 flash-память не всегда может работать на частоте , поэтому на предусмотрена система задержки. Например при частотах от 0 до 24 МГц (включительно) чтение происходит сразу, при частотах от 24 до 48 МГц (включительно) пропускается один такт, а при частотах от 48 до 72 (включительно) два такта

Для сторожевого таймера и часов реального времени (англ. Real Time Clock, RTC) предусмотрен низкочастотный внутренний RC-генератор LSI. RTC так же может работать от HSE (частота делится на 128) или собственного внешнего источника LSE.

LSI (сокр. Low Speed Internal) — внутренний RC-генератор на 40 кГц.
LSE (сокр. Low Speed External) — внешний осциллятор для часов реального времени на 32,768 кГц.

В устройстве будет брать сигнал от PLL (HSI), а часы реального времени от LSE.