一、STM32系統(tǒng)時鐘概述

系統(tǒng)時鐘是STM32微控制器中最重要的部分之一，它負責提供時序信號以驅(qū)動處理器核心、外設和其他系統(tǒng)模塊的運行。

系統(tǒng)時鐘通常由多個時鐘源、時鐘分頻器和時鐘樹組成，這些組件共同構成了系統(tǒng)時鐘的組成和層級結(jié)構。

01 前言

在嵌入式系統(tǒng)中時鐘是其脈搏，處理器內(nèi)核在時鐘驅(qū)動下完成指令執(zhí)行，狀態(tài)變換等動作。外設部件在時鐘的驅(qū)動下完成各種工作，比如串口數(shù)據(jù)的發(fā)送、A/D轉(zhuǎn)換、定時器計數(shù)等等。

02 STM32時鐘源

◆ HSI是高速內(nèi)部時鐘，RC振蕩器，頻率為8MHz。

◆ HSE是高速外部時鐘，可接石英/陶瓷諧振器，或者接外部時鐘源，比較常用的8MHz 12MHz 25MHz。

◆ LSI是低速內(nèi)部時鐘，RC振蕩器，頻率為40kHz。

◆ LSE是低速外部時鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體。

在STM32中每個外設都有其單獨的時鐘，在使用某個外設之前必須打開該外設的時鐘 ，為什么要這么麻煩來設置每一個外設的時鐘而不是將所有外設的時鐘統(tǒng)一打開?因為STM32的外設繁多，外設的運作所需要的最佳時鐘各不相同，如果所有時鐘同時運行會給MCU帶來極大的負載，所以STM32為了實現(xiàn)低功耗，而設計的功能完善構成復雜的時鐘系統(tǒng)，稱之時鐘樹。使外設功能的時鐘可自配置。

03 STM32 時鐘樹

如果需要精度較高的RTC時鐘，需要使用LSE,頻率為32.768K提供一個精確的時鐘源。

HSI為8M，和HSE相比精度較差，對于性能無要求場景又要節(jié)省成本使用HSI。

在時鐘樹系統(tǒng)中，主時鐘選擇由PLL生成，PLL為鎖相環(huán)倍頻輸出，其時鐘輸入源可選擇為HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍，但是其輸出頻率最大不得超過72MHz。

css時鐘監(jiān)視系統(tǒng)但HSE失效時自動切換至HSI5、外設有獨立的時鐘分頻配置，主要有USB、SDIO、FSMC、APB1、APB2、ADC等。APB1和APB2是倆個總線橋：APB1和APB2,其中APB1是低速總線，APB2是全速總線。

以STM32F105為例打開工程選擇HSE,選擇外部晶振作為輸入。

二、STM32時鐘源

時鐘源用來產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘信號，STM32有以下內(nèi)部時鐘源和外部時鐘源：

1. HSE

HSE(High-Speed External)是指高速外部時鐘，使用外部晶振，常見頻率有 8MHz、12MHz、16MHz等。

在STM32微控制器中，HSE通常被配置為系統(tǒng)的主時鐘源，用于產(chǎn)生系統(tǒng)的主時鐘信號。通過將HSE連接到微控制器的時鐘輸入引腳(通常是HSE引腳)，可以將外部晶體振蕩器的時鐘信號輸入到微控制器中。

2. HSI

HSI(High-Speed Internal)是指高速內(nèi)部時鐘，它由微控制器內(nèi)部的8MHz RC振蕩器提供，用于產(chǎn)生系統(tǒng)的主時鐘信號。

HSI可直接作為系統(tǒng)時鐘或2分頻后作為PLL輸入。

LSE(Low-Speed External)是指低速外部時鐘，頻率32.768kHz。它為實時時鐘或其它定時功能提供一個低功耗且精確的時鐘源。

4. LSI

LSI(Low-Speed Internal)低速內(nèi)部時鐘，頻率大約是 40kHz(30kHz~60kHz之間)，它可以在停機或待機模式下運行，可供看門狗使用或自動喚醒使用。

3. 時鐘分頻器

時鐘分頻器是用于將系統(tǒng)時鐘頻率分頻為所需頻率的模塊。在STM32微控制器中，時鐘分頻器可以用于調(diào)整各個外設的時鐘頻率，以滿足不同外設的工作要求。

時鐘分頻器有以下幾種類型：

(1)AHB分頻器

用于將系統(tǒng)主時鐘(AHB 總線時鐘)分頻為用于驅(qū)動存儲器和某些外設的時鐘信號。

AHB是高性能系統(tǒng)總線，主AHB總線用于DMA、中斷控制器等;子AHB總線連接到主AHB總線上，并連接到次要外設，如GPIO、SPI、I2C等。

(2)APB分頻器

用于將 AHB 總線時鐘分頻為用于驅(qū)動低速外設的時鐘信號。在STM32中，有兩個APB總線，即APB1和APB2，它們分別驅(qū)動不同類型的外設。APB 分頻器可以將 AHB 總線時鐘分頻為適合驅(qū)動這些外設的頻率。

(3)鎖相環(huán)PLL(Phase-Locked Loop)分頻器

用于調(diào)整 PLL 時鐘源的頻率，以產(chǎn)生所需的系統(tǒng)時鐘頻率。通過調(diào)整 PLL 分頻器的分頻系數(shù)，可以實現(xiàn)將外部高頻振蕩器(HSE)的頻率倍增到系統(tǒng)所需的主時鐘頻率。

三、時鐘樹

1. 時鐘樹

時鐘樹是指微控制器中各種時鐘信號之間的關系和組織結(jié)構。

2. 主時鐘輸出MCO(Main Clock Output)

MCO 是 STM32微控制器中的主時鐘輸出功能。通過MCO功能，可以將系統(tǒng)的主時鐘信號輸出到特定的引腳，以供外部設備使用。

STM32微控制器通常提供一個或多個MCO引腳，用于輸出主時鐘信號。MCO引腳通?？膳渲脼槎喾N功能，如系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)、高速外部時鐘(HSE)、PLL時鐘等。

3. USB預分頻器

USB預分頻器的主要作用是根據(jù)輸入時鐘信號的頻率，將其分頻以生成USB所需的時鐘信號。USB通信中的時鐘信號要求精確，因此需要通過預分頻器來保證時鐘信號的穩(wěn)定和準確性。

如果要在應用中使用USB接口，PLL必須被設置為輸出48或72MHz時鐘，用于提供48MHz的USBCLK時鐘。

4. SYSCLK

SYSCLK是整個系統(tǒng)的主時鐘信號，用于驅(qū)動CPU核心和大多數(shù)外設的時鐘信號。

SYSCLK的源頭通常來自于STM32微控制器中的晶體振蕩器(HSE)或內(nèi)部RC振蕩器(HSI)。

SYSCLK 最大9倍頻 * 8MHz 可以由PLLCLK提供72MHz頻率。

5. PLLCLK

PLLCLK是指鎖相環(huán)(PLL)產(chǎn)生的時鐘信號，PLLCLK的頻率是通過HSE或HSI的頻率進行倍頻得到的。

PLLCLK 可以通過相應的寄存器配置來設置PLL的工作參數(shù)，如倍頻系數(shù)(PLLMUL)、分頻系數(shù)(PLLDIV)，以及時鐘源的選擇(HSE或HSI)。通過合適的配置，可以得到所需的PLLCLK頻率。

6. RTC時鐘

RTC時鐘用于提供準確的實時時鐘和日歷功能，通常與外部32.768kHz晶體振蕩器配合使用。

四、RCC寄存器

RCC(Reset and Clock Control)主要負責系統(tǒng)時鐘的控制和管理，它提供了一系列的寄存器，用于配置和控制處理器的時鐘源、時鐘頻率和時鐘分頻器，以及外設的時鐘使能和配置。

系統(tǒng)時鐘設置步驟

1. 步驟說明

選擇時鐘源：

首先需要確定系統(tǒng)時鐘源，通?？梢允莾?nèi)部時鐘源(HSI 或 HSE)或外部時鐘源(例如外部晶體振蕩器)。

配置時鐘源：

根據(jù)需要，使能并配置所選的時鐘源。對于外部時鐘源，需要配置外部晶體振蕩器(HSE)或外部時鐘輸入(例如 HSE 或者 PLL)。對于內(nèi)部時鐘源，例如 HSI，可以直接使能。

配置 PLL(可選)：

如果需要更高的系統(tǒng)時鐘頻率，則可以配置 PLL 來實現(xiàn)時鐘倍頻。在這一步中，需要設置 PLL 的輸入時鐘源、倍頻系數(shù)以及輸出時鐘頻率。

配置時鐘分頻器：

配置 AHB、APB1 和 APB2 的分頻系數(shù)，以確定這些總線的時鐘頻率。這些分頻系數(shù)可以根據(jù)系統(tǒng)需求進行調(diào)整，以滿足外設的時鐘要求。

等待時鐘穩(wěn)定：

對于外部時鐘源(如 HSE)，需要等待其穩(wěn)定后再切換到該時鐘源。

切換系統(tǒng)時鐘：

最后，將系統(tǒng)時鐘切換到所選的時鐘源。確保切換后，系統(tǒng)時鐘以正確的頻率運行，并且各個外設和總線的時鐘也被正確配置。

配置 Flash 讀取延遲：

根據(jù)新的系統(tǒng)時鐘頻率，配置 Flash 存儲器的讀取延遲以確保穩(wěn)定的 Flash 訪問速度。這一步對于高頻率下的系統(tǒng)運行至關重要。

五、SystemInit()初始化時鐘分析

系統(tǒng)復位后，HSI被選為系統(tǒng)時鐘。

在STM32的啟動代碼中，通常會包含一個名為SystemInit()的函數(shù)，該函數(shù)用于初始化系統(tǒng)的時鐘和其他重要的系統(tǒng)配置。