【STM32】系统时钟RCC详解(超详细，超全面)

1什么是时钟
: D5 s) b8 a# b2 @/ ?9 E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。
  a8 ~! O. _1 P: \$ Z$ ~
" I/ R3 v* o) Q5 X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。
0 R# r: S  B1 p6 C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。
5 D2 p" n* ]' r4 g- H, J! p8 S& q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。
* V5 X6 r  T' h* b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
6 t: c% |0 P: o
6 p) ^& b2 m# j: S0 C7 C2 Q
STM32的时钟系统框图
- ^& ?/ D8 Y+ i( ]5 a; r

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

& p0 o; x  s3 }
4 J7 O4 R# \' Y; [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
' ?$ @$ s6 a) g2 U; m0 A1 K
8 W& H8 W; t+ {! ?8 @3 p
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。　
# U: }' ?9 b, ^. O. Y: _1 r3 u④、LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

- b' W& u- @2 X3 I; C* {
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
; V+ d% K% v) }) O

) K) u! F# O2 F) uPLL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
) O# J; I& p+ h8 g* T9 N
. H9 C9 F$ O% V, Q
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。
  J/ s0 K, @* X. |9 G  N
( A( }- m2 e5 X3 p9 c9 R
* [1 t0 k+ f. G  m( @8 u" p9 r  Z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
( Q) C4 q; J# r" G6 }  E. P/ _) q
* e) f+ E  Z# @, z
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
" w2 o3 d/ {/ V7 H+ T2 m
  d2 V. w; _6 a8 ~
% h# M2 T/ m1 n6 @; r8 [& k2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
7 X. \# f  f, u/ H1 S②、HSE振荡器时钟
③、PLL时钟
) f! x6 t. R2 _) s! [最大为72Mhz
7 r2 p$ o! \7 H. O

3USB时钟
, z4 ?/ B- O( \5 z+ u4 z

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
- e4 m. J' J8 ^. |/ G: T
5 S8 N1 d5 e6 Y' y: ^- x
" F6 y; K9 c/ _) ^# b) u4把时钟信号输出到外部
; [  S# @7 P$ @5 G6 P  O" L

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
+ {! \; k- c* O
0 Q, m' U/ X/ S8 z8 `% A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

- ?7 `% ^  ^1 g3 z
% q2 `. E7 m3 n6 L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：
0 f, f6 P, P/ `& M. [) R

　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。
7 K3 {5 |+ b$ A% _" b8 h9 @3 p　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。
2 b9 x  l7 h* J. i$ o7 k0 n. [6 k
3 ?. x  G: [- G- q/ ]9 }
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。
) Z9 s  w* O1 L% c4 O

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。

+ ~$ Q! I! O5 _" ?/ y$ z! a( i4 o
) k) H( r  A! G  [% \. T# z- G, |APB1和APB2的对应外设
! Z! u" B: i+ ^9 [" ^F1系列

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。


, x: M5 ?/ T- D: {9 u! O7 Q8 wF4系列
! r4 `1 P3 i- ?1 t7 Q

这个和F1系列类似，我们就举几个特殊的

$ l1 S5 f) M& k, y% E: M2 l! C
APB2总线：高级定时器timer1, timer8以及通用定时器timer9, timer10, timer11   UTART1,USART6
  I- \4 Y$ y0 K
. U0 g$ }- d! t5 l
# S" u0 p+ Z1 G# N 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
) g9 ~( ~, T7 z" ~" w
- ]+ T2 n* Y$ v7 M- C
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

1. RCC 寄存器结构，RCC_TypeDeff，在文件“stm32f10x.h”中定义如下：
   
2. 
   * B5 n6 P, g. B, c1 C0 M
3. 1059行->1081行。：  
   ; d3 [& a4 k; m1 h. R0 ~
4. typedef struct  
   
5. {  
   8 V; V1 K" c- h1 A8 A
6. vu32 CR;                  //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能  
   3 \" _) I+ p: z) F. g3 U
7. vu32 CFGR;              //PLL等的时钟源选择以及分频系数设定
   , J" M5 M- ?7 s5 B
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
   
10. vu32 APB1RSTR;      //APB1线上外设复位寄存器
    0 z3 b7 l4 n2 S( L' u& L! Q: ]
11. vu32 AHBENR;         //DMA，SDIO等时钟使能
    ( C! \. U& W5 C" K- B" ^
12. vu32 APB2ENR;       //APB2线上外设时钟使能
    
13. vu32 APB1ENR;      //APB1线上外设时钟使能
    4 L  N  b* V7 G" _
14. vu32 BDCR;           //备份域控制寄存器
    " W% ]" V4 I& [. O- E6 P" Y
15. vu32 CSR;            
    
16. } RCC_TypeDef;

复制代码

6 {! e" e- y5 _+ t6 g5 T/ C9 ~8 {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
3 u2 T! u- ^: U' F- ?$ G1 ^+ C# J

RCC初始化：
; X" i  U0 A1 M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

" t5 Y' q6 l7 @1 o" {' z3 t
& Y2 T8 Y9 l) m* o/ h使用HSE时钟，程序设置时钟参数流程：
* T) O4 A. x3 R  ?6 k1、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;
7 N0 j" |. Y* X  \6 R0 u5、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()
3 f# Y' J$ y9 J

& R( H+ b9 n9 Y# ?! b% s! V! ]! I代码实现：
对RCC的配置函数(使用外部8MHz晶振)  

! r( I' E4 x/ `+ J$ B$ n

5 c# `: c, G. Q4 ]系统时钟72MHz，APH 72MHz，APB2 72MHz，APB1 32MHz，USB 48MHz TIMCLK=72M

1. 
   
2. void RCC_Configuration(void)
   ( I& l  E  Y6 O0 V5 u
3. {
   
4.         //----------使用外部RC晶振-----------
   / N) G! Q! W4 V, H2 T; G* O
5.         RCC_DeInit();                        //初始化为缺省值
   - J1 J; d" p4 U) u- `! ~& N# B: P
6.         RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);        //使能外部的高速时钟
   - T6 m& p- w" u) ], l( Z/ c0 h
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
   * q* u3 V, B' f. D1 P6 W
10.         FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                //Flash 2 wait state
    2 n0 Q; e- t. m+ k
11.        
    
12.         RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                //HCLK = SYSCLK
    
13.         RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                        //PCLK2 =  HCLK
      x3 M' _  r9 X- d
14.         RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                        //PCLK1 = HCLK/2
    
15.         RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);        //PLLCLK = 8MHZ * 9 =72MHZ
    
16.         RCC_PLLCmd(ENABLE);                        //Enable PLLCLK
    
17. 
    / m" C4 H3 j* P! _1 a! O7 \
18.         while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);        //Wait till PLLCLK is ready
    ' v, {' T) A$ D  a# d; b  [3 G
19.     RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);        //Select PLL as system clock
    
20.         while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08);                //Wait till PLL is used as system clock source
    " t: |) R% T8 u" |1 E
21.        
    $ {8 v+ v1 J" Y0 {( A2 F
22.         //---------打开相应外设时钟--------------------
    
23.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);        //使能APB2外设的GPIOA的时钟                 
    ) n7 ?) a9 }4 g! A& G) o, I
24. }

复制代码

也就是我们时钟树框图从左到右的配置，

; A, N; b+ y, m4 G  c7 c
4 i7 g! Q! \3 v8 ?/ o时钟监视系统（CSS）
4 I; D! _0 V3 l+ l

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。
4 p6 M$ v4 @! U! @0 f# E4 a

) R# b7 R' [! y% t3 E

7 V' S8 p6 B) \1 @

" y# b4 A; B$ W/ x6 F