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STM32 不同时钟频率有什么不同的影响

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flyingstar 发布时间:2025-9-3 13:47
#STM32为什么需要RCC时钟树
) e4 M, G6 ~/ s5 m5 M$ U% {        单片机本质上,是一个复杂的时序电路,而时序电路的行为依赖于,时钟信号来控制状态的变化,和数据的流动,如果没有时钟信号,单片机内部的时序逻辑将无法工作,整个系统将失去还有控制。+ J9 t+ c  q- E$ C( D
; P% ~0 P0 e7 Q) D
时序电路:这是一种数字逻辑电路类型,输出取决于输出信号,和历史信号(电路之前的状态),通过存储原件保持状态信息,同时通过时钟信号来同步状态的更新。
# F8 T/ P. S: n; }' T$ }5 O1 ?+ w# U, r4 @' n2 |
执行指令:指令的执行分为,取指,解码,执行,返回结果,而时钟信号为这些步奏,提供了时间基准,能过准确的执行指令$ [0 u: ]8 O* ?8 H+ b
+ O# ~  ~/ j% O1 z9 q. ]" ~
定时器使用:定时器功能中,计数还有输出PWM,这两个功能都需要时钟的控制,定时器还有计数器广泛生成精确的时间延迟。
! r% b6 A; p7 M* u; x4 {! i, X
单片机是时序电路,所以需要时钟树————————铁头山羊(B站)* {7 Y7 N- C0 R6 T/ D# x7 E
0 c; \3 w3 O. J, R. p. P
0 K4 v. l/ R( w( Q
#时钟频率的不同意味着什么
9 R* C+ d8 Z3 n6 z0 E5 B
% v: \, i& [4 f/ i        可能有的小伙伴单纯的认为,不同的时钟频率就是时钟频率不同,时钟频率意味着不同的执行速度,意味着相同单片机,不同的性能,同时部分外设要求限制相关频率,下面讲。
, z. u& z. T* R! E, u% r; ~0 l/ N
0 Y& U; {  g1 o3 m; V, Q  _! N  c        这里使用 STM32F103用来论证,Cortex - M3内核,时钟频率72Mhz,每条指令平均需要一条时钟周期。
' j( u5 s; T( m7 C5 P$ |: }6 W. |' t$ v: T8 G; h5 S
理解时钟频率:单片机的时钟频率表示的是每秒钟时钟信号的周期数,通常以(hz)为单位,8Mhz意味着每秒钟有  8000,000个时钟周期
3 A' T# r" b9 p7 M# t
  }2 S1 e7 V# W1 y% a指令执行时间:最终的代码都会转化为指令,去由CPU去执行,这些指令的执行需要时钟周期,不同时钟周期在不同频率下所用时间不同,具体时间受时钟频率,内核架构不同收到影响,% P; p$ w! x( H5 g3 `2 P7 a2 k

* u) y( u% L7 V% A1 b        这里举例是,STM32F103用来论证,Cortex - M3内核,时钟频率72Mhz,每条指令平均需要一条时钟周期,用这个来论证执行时间。
$ `8 b. H) m5 \
( W1 A& s1 G, i, @
计算不同频率下时钟周期所用时间:
& P* r7 w$ u  u# p5 i( X
9 m  I7 f; T( M  i7 X! e5 p% j
                不同的频率下时钟周期,执行时间也不一样,公式如下,fclk 单片机时钟频率,Tclk 时钟周期执行时间,这里带入计算,                                                        Tclk=1/fclk
3 o8 y1 n5 Y7 n# R) x6 g- L* a                                                Tclk=1/72×10 6(6次方)≈13.89 ns
6 Y2 C  p  u7 T( d4 x; s        每条指令在 Cortex-M3 内核、时钟频率为 72 MHz 的条件下,平均执行时间约为 13.89 纳秒。
) ?) H, m$ U  W* `6 Y+ u
: }" N5 ~6 C) ^% K" Q: u0 k#验证不同频率的执行速度
5 i/ Z2 a, B) X       前言: 这里是参考铁头山羊老师的,在STM32默认时钟频率为8Mhz,的情况下每个for循环需要8个指令周期,循环判断条件1000,000,近似每条for循环执行时间需要1s,, ]' J/ d+ D) Y7 W
) {8 ?* x" v- n$ n& r0 d
微信图片_2025-09-03_134609_888.png
4 @1 n5 E& M2 ?4 G
) E; U/ t  U3 A# Z! ^$ q& N3 G2 H) x# J8 R( W
      实验现象,在默认情况下,板载LED闪烁频率为2s,如果将GPIOC挂载的总线使用STM32CubleMX配置为72Mhz,这个时候就会发现,执行的速度就会更快了。9 Q  O" m2 `* p6 N% U
* J  ], v( v' d4 H

8 J7 c" ], z: U% I$ H+ x0 l# y+ P4 ]( P% G8 t/ t

! ^7 W1 K+ e% S8 P7 [" }* ~. Q' q0 a) N4 L7 U' x3 M
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