【STM32】系统时钟RCC详解(超详细，超全面)

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。
+ ?  g/ n, ?1 X8 s
为什么 STM32 要有多个时钟源呢？


8 K% b8 X1 d3 ]) s7 o  e( ?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。
' T& b& n3 D. j8 I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）
) L* C5 V1 H) \& w' [8 N( R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。
4 ], {0 Z6 u& T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。
8 J, w! G( Z9 P/ m" N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
3 {* q1 y  B' c. {# RSTM32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

. D6 `3 ?& }6 c( i$ s% _6 t4 d, n
8 K9 B1 n6 o3 K2 D5 R3 VSTM32的时钟系统框图
4 Q7 w% Z- E& y

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，   
4 |' E. y- o9 e/ z& S  B# i9 ^

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
: r) l  h5 Z. b8 \9 R  l, Q
& x' N$ t9 z# f- F. x+ {: G% u
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
+ ~; v8 {7 J; ~1 R
; K5 d  g0 w+ Q" M# h' ~7 }
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。
& w: g0 }+ U" O1 _% d* ]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。　
. j0 G. f6 o1 u# R$ X$ ?④、LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。


* ]# U) u! I9 h% v  o$ d+ {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

: E3 C1 P& M! r* S  B" H
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

' ~/ N: @; I5 q+ [8 B: Y) Y3 h
2 E1 w8 T7 T+ d9 x+ H3 fPLL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
# p- [' \( ^. q: _4 o

" y0 n& f. X# Z( T, |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

# T9 Q6 C& \2 P/ @/ p9 H
- ]* j+ m; t/ p5 }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
5 f! i3 B$ \5 `9 R2 r
9 L* j4 J2 K: ?) ?6 E2 \
- D. o1 a$ e& {7 S( F0 S) N2系统时钟SYSCLK
系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源：
1 |) d2 h) K9 l5 c! S/ r( ?①、HSI振荡器时钟
- a) ?1 o1 D$ d" k# z②、HSE振荡器时钟
, L6 r: C4 X& N3 V6 T: k③、PLL时钟
最大为72Mhz
% }* ^9 l$ L  A4 D! p

3USB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

; U+ x1 Z- e8 _$ s9 ?) Y( E
. }& v- L6 j% ]9 F4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
6 X' c+ e7 u$ L3 Y8 w2 Y
; i* c4 S7 {9 R0 \
! Y1 y; T: {6 [! V5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
- r! b; e) U4 i

9 e3 v2 `6 n. |! p; \$ @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：
" K( x0 q" ?' U" ^' h/ S- P2 m
: B  s7 n9 o. H* l  s
　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。

/ M) y9 B" y, J- Q+ Z5 ]
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。
0 C7 ]- A' S9 f
6 k* F3 ?* g3 t% K8 C5 R) h$ u- U
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。
1 o( x9 _5 R, A) G
/ J3 Y4 ^' \7 B) d* G
APB1和APB2的对应外设
6 \* C3 P/ {3 jF1系列
8 l) e  Y- ^  l6 }: Y. J

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；
* \, ^4 s. A5 ~! }  c% j# D% v/ o* R

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。
0 L( P7 C4 r& Q# Q6 Y/ K: E
4 D, P! L. G( S2 W$ R
0 v* T  r1 ~/ P  u- fF4系列
! k0 `# k/ U: u4 f8 Y) r

这个和F1系列类似，我们就举几个特殊的
# }1 j5 C; M+ h& v

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


2 d; H$ u" i9 d& _+ | 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
& S4 L6 V  Y" a. N

具体  可以在 stm32f10x_rcc.h  和stm32f40x_rcc.h   中查看
, }# ^5 w) [( ?! u
) b: h& C' {( X
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，

  }6 X/ y; F! C' J7 k. s
RCC相关寄存器：
+ y9 [+ d* X0 L" c. Y) M这里我们以F1系列为例

1. RCC 寄存器结构，RCC_TypeDeff，在文件“stm32f10x.h”中定义如下：
   
2. 
   
3. 1059行->1081行。：  
   . k3 D4 {$ m/ I+ K5 f9 Y: G" A+ j
4. typedef struct  
   ) L* o" [% `$ L2 a. p  \
5. {  
   8 V9 z% h' M2 U& v# ]* ?
6. vu32 CR;                  //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能  
   ; l( M5 N% n" k8 r+ C( L
7. vu32 CFGR;              //PLL等的时钟源选择以及分频系数设定
   
8. vu32 CIR;                // 清除/使能 时钟就绪中断
   
9. vu32 APB2RSTR;      //APB2线上外设复位寄存器
   & X3 |# r! B3 B
10. vu32 APB1RSTR;      //APB1线上外设复位寄存器
    
11. vu32 AHBENR;         //DMA，SDIO等时钟使能
    4 ~  N) s& L& e: y" v' j
12. vu32 APB2ENR;       //APB2线上外设时钟使能
    ' ^1 A1 m5 g3 M% L" E& g% h
13. vu32 APB1ENR;      //APB1线上外设时钟使能
    , N8 r% f1 ?0 _. Z) n9 ~# t
14. vu32 BDCR;           //备份域控制寄存器
    
15. vu32 CSR;            
    " M" B! R: s5 o
16. } 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
% L* r+ p- ~  q1 k& V2 S
8 w* b4 s1 }- i  K. X4 r
RCC初始化：
9 r, B6 K6 h+ c5 `6 D5 @/ M3 f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
* |8 e9 d0 ^) k

使用HSE时钟，程序设置时钟参数流程：
# M3 D% k# K3 B3 V! v1、将RCC寄存器重新设置为默认值   RCC_DeInit;
7 g  u  B- i1 W  u2、打开外部高速时钟晶振HSE       RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
$ N& d* P! ]! L# O7 c2 I3、等待外部高速时钟晶振工作      HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
) n7 F. R4 `" O0 o$ f% I+ I. E4、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);
( q1 s0 h! o# R4 i# d% h9、等待PLL工作          while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
& v3 U4 `2 C. j9 g1 y10、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()
2 O! m  d' A% L
" i. Y: G* h9 z2 i3 Z3 X
3 x5 }' W* N4 D* F# k) m; ~代码实现：
对RCC的配置函数(使用外部8MHz晶振)  
( u. C5 H# @( s! S0 E- b


6 ^( H- D. T+ c( B系统时钟72MHz，APH 72MHz，APB2 72MHz，APB1 32MHz，USB 48MHz TIMCLK=72M

1. 
   
2. void RCC_Configuration(void)
   
3. {
   
4.         //----------使用外部RC晶振-----------
   * W3 q; ?# H% t& u/ a7 z- q6 U3 V: V
5.         RCC_DeInit();                        //初始化为缺省值
   ) ?/ j* T9 G$ J, L
6.         RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);        //使能外部的高速时钟
   . _% B5 Y; l9 ?4 ~* D, }+ ]7 A  V8 h1 l
7.         while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET);        //等待外部高速时钟使能就绪
   
8.        
   
9.         FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);        //Enable Prefetch Buffer
   6 b* e# y7 }% n0 a
10.         FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                //Flash 2 wait state
    
11.        
    ! m- e6 ?$ T8 D$ R) A0 h
12.         RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                //HCLK = SYSCLK
    
13.         RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                        //PCLK2 =  HCLK
    
14.         RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                        //PCLK1 = HCLK/2
    
15.         RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);        //PLLCLK = 8MHZ * 9 =72MHZ
    7 m9 z" A2 X% Q; Y8 h& ^/ n
16.         RCC_PLLCmd(ENABLE);                        //Enable PLLCLK
    
17. 
    * N; S: Z! n1 R, d5 x& F1 A. q
18.         while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);        //Wait till PLLCLK is ready
    & O/ T* {7 I* v/ s% {+ G
19.     RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);        //Select PLL as system clock
    ) B! j4 b1 [0 z
20.         while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08);                //Wait till PLL is used as system clock source
    
21.        
    # N/ ~4 M; N- s# y
22.         //---------打开相应外设时钟--------------------
      k$ Z( q8 c) t% o% s. @
23.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);        //使能APB2外设的GPIOA的时钟                 
    " M9 Q0 E1 T2 V" ?
24. }

复制代码

也就是我们时钟树框图从左到右的配置，

, |  c, K# g( ~) W
时钟监视系统（CSS）

STM32还提供了一个时钟监视系统（CSS），用于监视高速外部时钟（HSE）的工作状态。倘若HSE失效，会自动切换（高速内部时钟）HSI作为系统时钟的输入，保证系统的正常运行。
: U0 T( c$ M- i1 M9 e* k4 D

7 a. {7 q- r8 i6 g$ e% s: B
4 ]/ A) f& z0 N2 C3 U, n
# F9 A6 l: |' k' S. F* `& Q/ A
2 D3 e0 [6 ^- ~- a# g
: n) p, l3 e1 R) ]% Y& [  A