一、STM32系統(tǒng)時(shí)鐘概述

系統(tǒng)時(shí)鐘是STM32微控制器中最重要的部分之一，它負(fù)責(zé)提供時(shí)序信號(hào)以驅(qū)動(dòng)處理器核心、外設(shè)和其他系統(tǒng)模塊的運(yùn)行。

系統(tǒng)時(shí)鐘通常由多個(gè)時(shí)鐘源、時(shí)鐘分頻器和時(shí)鐘樹(shù)組成，這些組件共同構(gòu)成了系統(tǒng)時(shí)鐘的組成和層級(jí)結(jié)構(gòu)。

01 前言

在嵌入式系統(tǒng)中時(shí)鐘是其脈搏，處理器內(nèi)核在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下完成指令執(zhí)行，狀態(tài)變換等動(dòng)作。外設(shè)部件在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)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(shí)器計(jì)數(shù)等等。

02 STM32時(shí)鐘源

◆ HSI是高速內(nèi)部時(shí)鐘，RC振蕩器，頻率為8MHz。

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

◆ LSI是低速內(nèi)部時(shí)鐘，RC振蕩器，頻率為40kHz。

◆ LSE是低速外部時(shí)鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體。

在STM32中每個(gè)外設(shè)都有其單獨(dú)的時(shí)鐘，在使用某個(gè)外設(shè)之前必須打開(kāi)該外設(shè)的時(shí)鐘 ，為什么要這么麻煩來(lái)設(shè)置每一個(gè)外設(shè)的時(shí)鐘而不是將所有外設(shè)的時(shí)鐘統(tǒng)一打開(kāi)?因?yàn)镾TM32的外設(shè)繁多，外設(shè)的運(yùn)作所需要的最佳時(shí)鐘各不相同，如果所有時(shí)鐘同時(shí)運(yùn)行會(huì)給MCU帶來(lái)極大的負(fù)載，所以STM32為了實(shí)現(xiàn)低功耗，而設(shè)計(jì)的功能完善構(gòu)成復(fù)雜的時(shí)鐘系統(tǒng)，稱(chēng)之時(shí)鐘樹(shù)。使外設(shè)功能的時(shí)鐘可自配置。

03 STM32 時(shí)鐘樹(shù)

如果需要精度較高的RTC時(shí)鐘，需要使用LSE,頻率為32.768K提供一個(gè)精確的時(shí)鐘源。

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

在時(shí)鐘樹(shù)系統(tǒng)中，主時(shí)鐘選擇由PLL生成，PLL為鎖相環(huán)倍頻輸出，其時(shí)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(guò)72MHz。

css時(shí)鐘監(jiān)視系統(tǒng)但HSE失效時(shí)自動(dòng)切換至HSI5、外設(shè)有獨(dú)立的時(shí)鐘分頻配置，主要有USB、SDIO、FSMC、APB1、APB2、ADC等。APB1和APB2是倆個(gè)總線(xiàn)橋：APB1和APB2,其中APB1是低速總線(xiàn)，APB2是全速總線(xiàn)。

以STM32F105為例打開(kāi)工程選擇HSE,選擇外部晶振作為輸入。

二、STM32時(shí)鐘源

時(shí)鐘源用來(lái)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，STM32有以下內(nèi)部時(shí)鐘源和外部時(shí)鐘源：

1. HSE

HSE(High-Speed External)是指高速外部時(shí)鐘，使用外部晶振，常見(jiàn)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(shí)鐘源，用于產(chǎn)生系統(tǒng)的主時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)將HSE連接到微控制器的時(shí)鐘輸入引腳(通常是HSE引腳)，可以將外部晶體振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)輸入到微控制器中。

2. HSI

HSI(High-Speed Internal)是指高速內(nèi)部時(shí)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(shí)鐘信號(hào)。

HSI可直接作為系統(tǒng)時(shí)鐘或2分頻后作為PLL輸入。

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

4. LSI

LSI(Low-Speed Internal)低速內(nèi)部時(shí)鐘，頻率大約是 40kHz(30kHz~60kHz之間)，它可以在停機(jī)或待機(jī)模式下運(yùn)行，可供看門(mén)狗使用或自動(dòng)喚醒使用。

3. 時(shí)鐘分頻器

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

時(shí)鐘分頻器有以下幾種類(lèi)型：

(1)AHB分頻器

用于將系統(tǒng)主時(shí)鐘(AHB 總線(xiàn)時(shí)鐘)分頻為用于驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)器和某些外設(shè)的時(shí)鐘信號(hào)。

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

(2)APB分頻器

用于將 AHB 總線(xiàn)時(shí)鐘分頻為用于驅(qū)動(dòng)低速外設(shè)的時(shí)鐘信號(hào)。在STM32中，有兩個(gè)APB總線(xiàn)，即APB1和APB2，它們分別驅(qū)動(dòng)不同類(lèi)型的外設(shè)。APB 分頻器可以將 AHB 總線(xiàn)時(shí)鐘分頻為適合驅(qū)動(dòng)這些外設(shè)的頻率。

(3)鎖相環(huán)PLL(Phase-Locked Loop)分頻器

用于調(diào)整 PLL 時(shí)鐘源的頻率，以產(chǎn)生所需的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。通過(guò)調(diào)整 PLL 分頻器的分頻系數(shù)，可以實(shí)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(shí)鐘頻率。

三、時(shí)鐘樹(shù)

1. 時(shí)鐘樹(shù)

時(shí)鐘樹(shù)是指微控制器中各種時(shí)鐘信號(hào)之間的關(guān)系和組織結(jié)構(gòu)。

2. 主時(shí)鐘輸出MCO(Main Clock Output)

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

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

3. USB預(yù)分頻器

USB預(yù)分頻器的主要作用是根據(jù)輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率，將其分頻以生成USB所需的時(shí)鐘信號(hào)。USB通信中的時(shí)鐘信號(hào)要求精確，因此需要通過(guò)預(yù)分頻器來(lái)保證時(shí)鐘信號(hào)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確性。

如果要在應(yīng)用中使用USB接口，PLL必須被設(shè)置為輸出48或72MHz時(shí)鐘，用于提供48MHz的USBCLK時(shí)鐘。

4. SYSCLK

SYSCLK是整個(gè)系統(tǒng)的主時(shí)鐘信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)CPU核心和大多數(shù)外設(shè)的時(shí)鐘信號(hào)。

SYSCLK的源頭通常來(lái)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(shí)鐘信號(hào)，PLLCLK的頻率是通過(guò)HSE或HSI的頻率進(jìn)行倍頻得到的。

PLLCLK 可以通過(guò)相應(yīng)的寄存器配置來(lái)設(shè)置PLL的工作參數(shù)，如倍頻系數(shù)(PLLMUL)、分頻系數(shù)(PLLDIV)，以及時(shí)鐘源的選擇(HSE或HSI)。通過(guò)合適的配置，可以得到所需的PLLCLK頻率。

6. RTC時(shí)鐘

RTC時(shí)鐘用于提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)時(shí)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(fù)責(zé)系統(tǒng)時(shí)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(shí)鐘源、時(shí)鐘頻率和時(shí)鐘分頻器，以及外設(shè)的時(shí)鐘使能和配置。

系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置步驟

1. 步驟說(shuō)明

選擇時(shí)鐘源：

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

配置時(shí)鐘源：

根據(jù)需要，使能并配置所選的時(shí)鐘源。對(duì)于外部時(shí)鐘源，需要配置外部晶體振蕩器(HSE)或外部時(shí)鐘輸入(例如 HSE 或者 PLL)。對(duì)于內(nèi)部時(shí)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(shí)鐘頻率，則可以配置 PLL 來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘倍頻。在這一步中，需要設(shè)置 PLL 的輸入時(shí)鐘源、倍頻系數(shù)以及輸出時(shí)鐘頻率。

配置時(shí)鐘分頻器：

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

等待時(shí)鐘穩(wěn)定：

對(duì)于外部時(shí)鐘源(如 HSE)，需要等待其穩(wěn)定后再切換到該時(shí)鐘源。

切換系統(tǒng)時(shí)鐘：

最后，將系統(tǒng)時(shí)鐘切換到所選的時(shí)鐘源。確保切換后，系統(tǒng)時(shí)鐘以正確的頻率運(yùn)行，并且各個(gè)外設(shè)和總線(xiàn)的時(shí)鐘也被正確配置。

配置 Flash 讀取延遲：

根據(jù)新的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，配置 Flash 存儲(chǔ)器的讀取延遲以確保穩(wěn)定的 Flash 訪(fǎng)問(wèn)速度。這一步對(duì)于高頻率下的系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要。

五、SystemInit()初始化時(shí)鐘分析

系統(tǒng)復(fù)位后，HSI被選為系統(tǒng)時(shí)鐘。

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