【STM32】系统时钟RCC详解(超详细，超全面)

[复制链接]

STMCU 发布时间：2020-9-16 12:46

技术帖
文章封面:	-
文章简介:	-

1 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。

为什么 STM32 要有多个时钟源呢？

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

总括：

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

STM32的时钟系统框图

20200916123825.0998637ab72eacb27e00679449ebf5b3.png

乍一看很吓人，但其实很好理解，我们看系统时钟SYSCLK 的左边系统时钟有很多种选择，而左边的部分就是设置系统时钟使用那个时钟源，

系统时钟SYSCLK 的右边，则是系统时钟通过AHB预分频器，给相对应的外设设置相对应的时钟频率

从左到右可以简单理解为各个时钟源--->系统时钟来源的设置--->各个外设时钟的设置

时钟系统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。
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

20200916123849.0391cd04e8b6be520c4bf1c3ad8984df.png

3 USB时钟

20200916123902.d7bfeac174ac9960e988c82caa879e43.png

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

20200916123911.db07ceb8a00d8e00ac80dd7503668382.png

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

20200916123921.cf81acbd84edb5c3195916f4ce2b1d8e.png

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。

F4系列

20200916123931.42448b59fd29148eb0625908cf4664f8.png

这个和F1系列类似，我们就举几个特殊的

APB2总线：高级定时器timer1, timer8以及通用定时器timer9, timer10, timer11 UTART1,USART6

APB1总线：通用定时器timer2~timer5，通用定时器timer12~timer14以及基本定时器timer6,timer7 UTART2~UTART5

F4系列的系统时钟频率最高能到168M

具体可以在 stm32f10x_rcc.h 和stm32f40x_rcc.h 中查看

或者通过 STM32参考手册搜索“系统架构”或者“系统结构” 查看外设挂在哪个时钟下，

RCC相关寄存器：

这里我们以F1系列为例

RCC 寄存器结构，RCC_TypeDeff，在文件“stm32f10x.h”中定义如下：
1059行->1081行。：
typedef struct
{
vu32 CR; //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能
vu32 CFGR; //PLL等的时钟源选择以及分频系数设定
vu32 CIR; // 清除/使能时钟就绪中断
vu32 APB2RSTR; //APB2线上外设复位寄存器
vu32 APB1RSTR; //APB1线上外设复位寄存器
vu32 AHBENR; //DMA，SDIO等时钟使能
vu32 APB2ENR; //APB2线上外设时钟使能
vu32 APB1ENR; //APB1线上外设时钟使能
vu32 BDCR; //备份域控制寄存器
vu32 CSR;
} RCC_TypeDef;

复制代码

可以对上上面的时钟框图和RCC寄存器来学习，对STM32的时钟系统有个大概的了解其实也就是我们上面介绍的流程，理解了自然也就能写出来

RCC初始化：

这里我们使用HSE(外部时钟），正常使用的时候也都是使用外部时钟

使用HSE时钟，程序设置时钟参数流程：

1、将RCC寄存器重新设置为默认值 RCC_DeInit;
2、打开外部高速时钟晶振HSE    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
3、等待外部高速时钟晶振工作    HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
4、设置AHB时钟       RCC_HCLKConfig;
5、设置高速AHB时钟    RCC_PCLK2Config;
6、设置低速速AHB时钟 RCC_PCLK1Config;
7、设置PLL             RCC_PLLConfig;
8、打开PLL             RCC_PLLCmd(ENABLE);
9、等待PLL工作       while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
10、设置系统时钟       RCC_SYSCLKConfig;
11、判断是否PLL是系统时钟    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
12、打开要使用的外设时钟    RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()

代码实现：

对RCC的配置函数(使用外部8MHz晶振)

系统时钟72MHz，APH 72MHz，APB2 72MHz，APB1 32MHz，USB 48MHz TIMCLK=72M

void RCC_Configuration(void)
{
//----------使用外部RC晶振-----------
RCC_DeInit(); //初始化为缺省值
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); //使能外部的高速时钟
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET); //等待外部高速时钟使能就绪
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable); //Enable Prefetch Buffer
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); //Flash 2 wait state
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); //HCLK = SYSCLK
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); //PCLK2 = HCLK
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); //PCLK1 = HCLK/2
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9); //PLLCLK = 8MHZ * 9 =72MHZ
RCC_PLLCmd(ENABLE); //Enable PLLCLK
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); //Wait till PLLCLK is ready
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); //Select PLL as system clock
while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08); //Wait till PLL is used as system clock source
//---------打开相应外设时钟--------------------
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能APB2外设的GPIOA的时钟
}