参考资料:

《STM32F1开发指南-库函数版本》-4.3小节 时钟系统

《STM32中文参考手册V10》-第六章 复位和时钟控制 RCC

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一、什么是时钟

时钟是单片机运行的基础,时钟信号推动单片机内各个部分执行相应的指令。时钟系统就是CPU的脉搏,决定cpu速率,像人的心跳一样 只有有了心跳,人才能做其他的事情,而单片机有了时钟,才能够运行执行指令,才能够做其他的处理 (点灯,串口,ADC),时钟的重要性不言而喻。

二、 为什么 STM32 要有多个时钟源

STM32本身十分复杂,外设非常多  但我们实际使用的时候只会用到有限的几个外设,使用任何外设都需要时钟才能启动,但并不是所有的外设都需要系统时钟那么高的频率,为了兼容不同速度的设备,有些高速,有些低速,如果都用高速时钟,势必造成浪费   并且,同一个电路,时钟越快功耗越快,同时抗电磁干扰能力也就越弱,所以较为复杂的MCU都是采用多时钟源的方法来解决这些问题。所以便有了STM32的时钟系统和时钟树

三、总结

  • STM32时钟系统主要的目的就是给相对独立的外设模块提供时钟,也是为了降低整个芯片的耗能。
  • 系统时钟,是处理器运行时间基准(每一条机器指令一个时钟周期)
  • 时钟是单片机运行的基础,时钟信号推动单片机内各个部分执行相应的指令。
  • 一个单片机内提供多个不同的系统时钟,可以适应更多的应用场合。
  • 不同的功能模块会有不同的时钟上限,因此提供不同的时钟,也能在一个单片机内放置更多的功能模块。
  • 对不同模块的时钟增加开启和关闭功能,可以降低单片机的功耗
  • STM32为了低功耗,他将所有的外设时钟都设置为disable(不使能),用到什么外设,只要打开对应外设的时钟就可以, 其他的没用到的可以还是disable(不使能),这样耗能就会减少。  这就是为什么不管你配置什么功能都需要先打开对应的时钟的原因

四、STM32的时钟系统框图

五、时钟系统知识总结

STM32 有5个时钟源:HSI、HSE、LSI、LSE、PLL

①、HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz,精度不高。
②、HSE是高速外部时钟,可接石英/陶瓷谐振器,或者接外部时钟源,频率范围为4MHz~16MHz。
③、LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz,提供低功耗时钟。WDG
④、LSE是低速外部时钟,接频率为32.768kHz的石英晶体。RTC
⑤、PLL为锁相环倍频输出,其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍,但是其输出频率最大不得超过72MHz。

 系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源:

 ①、HSI振荡器时钟

 ②、HSE振荡器时钟 

③、PLL时钟    

STM32可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上,可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。

任何一个外设在使用之前,必须首先使能其相应的时钟。

1、各个时钟源    (左边的部分)

STM32 有4个独立时钟源:HSI、HSE、LSI、LSE。
①、HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz,精度不高。
②、HSE是高速外部时钟,可接石英/陶瓷谐振器,或者接外部时钟源,频率范围为4MHz~16MHz。(正点原子精英板上--》8MHZ)
③、LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz,提供低功耗时钟。  
④、LSE是低速外部时钟,接频率为32.768kHz的石英晶体。

其中LSI是作为IWDGCLK(独立看门狗)时钟源和RTC时钟源 而独立使用 

而HSI高速内部时钟 HSE高速外部时钟 PLL锁相环时钟  这三个经过分频或者倍频 作为系统时钟来使用

PLL为锁相环倍频输出,其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍,但是其输出频率最大不得超过72MHz。  通过倍频之后作为系统时钟的时钟源

举个例子:Keil编写程序是默认的时钟为72Mhz,其实是这么来的:外部晶振(HSE)提供的8MHz(与电路板上的晶振的相关)通过PLLXTPRE分频器后,进入PLLSRC选择开关,进而通过PLLMUL锁相环进行倍频(x9)后,为系统提供72MHz的系统时钟(SYSCLK)。之后是AHB预分频器对时钟信号进行分频,然后为低速外设提供时钟。

或者内部RC振荡器(HSI) 为8MHz  /2 为4MHz 进入PLLSRC选择开关,通过PLLMUL锁相环进行倍频(x18)后 为72MHz

 
PS:  网上有很多人说是5个时钟源,这种说法有点问题,学习之后就会发现PLL并不是自己产生的时钟源,而是通过其他三个时钟源倍频得到的时钟

2、系统时钟SYSCLK

系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源:
①、HSI振荡器时钟
②、HSE振荡器时钟
③、PLL时钟
最大为72Mhz

3、USB时钟

STM32中有一个全速功能的USB模块,其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL输出端获取(唯一的),可以选择为1.5分频或者1分频,也就是,当需要使用USB模块时,PLL必须使能,并且时钟频率配置为48MHz或72MHz

4、把时钟信号输出到外部

STM32可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上,可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。可以把时钟信号输出供外部使用

5、系统时钟通过AHB分频器给外设提供时钟(右边的部分)  重点

从左到右可以简单理解为  系统时钟--->AHB分频器--->各个外设分频倍频器 --->   外设时钟的设置

右边部分为:系统时钟SYSCLK通过AHB分频器分频后送给各模块使用,AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用: 

 ①内核总线:送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。 

 ②Tick定时器:通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。 

 ③I2S总线:直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。 

 ④APB1外设:送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频,其输出一路供APB1外设使用(PCLK1,最大频率36MHz),另一路送给通用定时器使用。该倍频器可选择1或者2倍频,时钟输出供定时器2-7使用。 

 ⑤APB2外设:送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频,其输出一路供APB2外设使用(PCLK2,最大频率72MHz),另一路送给高级定时器。该倍频器可选择1或者2倍频,时钟输出供定时器1和定时器8使用。

另外,APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用,分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。 

需要注意的是,如果 APB 预分频器分频系数是 1,则定时器时钟频率 (TIMxCLK) 为 PCLKx。否则,定      时器时钟频率将为 APB 域的频率的两倍:TIMxCLK = 2xPCLKx。 

APB1和APB2的对应外设

F1系列

APB1上面连接的是低速外设,包括电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、USART2、USART3、UART4、UART5、SPI2、SP3等;

而APB2上面连接的是高速外设,包括UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、ADC3、所有的普通I/O口(PA-PE)、第二功能I/O(AFIO)口等。

 六:几个重要的时钟

SYSCLK(系统时钟) :

AHB总线时钟

APB1总线时钟(低速): 速度最高36MHz

APB2总线时钟(高速): 速度最高72MHz

PLL时钟

七、RCC相关配置寄存器

八、系统时钟初始化函数SystemInit();

查看SetSysClock()的定义 

通过查看SetSysClockTo72()的定义 

通过对照手册读懂相关寄存器的初始化