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【经验分享】STM32各种时钟的区别

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STMCU小助手 发布时间:2022-1-20 21:44
时钟系统是处理器的核心,所以在学习STM32所有外设之前,认真学习时钟系统是必要的,有助于深入理解STM32。
, j1 C, V/ h' ~5 j7 g0 P    下面是从网上找的一个STM32时钟框图,比《STM32中文参考手册》里面的是中途看起来清晰一些:
( T1 H9 C7 V0 Y% M3 o( s) ?    0 M2 m* Q" m2 I8 {# ]) y" t; o' Y
    ! L6 @+ b3 l8 A2 Y! O6 U
重要的时钟: - ^) c0 X% D: X
  PLLCLK,SYSCLK,HCKL,PCLK1,PCLK2 之间的关系要弄清楚; 2 i% r- r6 w: C2 B
      1、HSI:高速内部时钟信号 stm32单片机内带的时钟 (8M频率)     精度较差 ; r8 h: E' p# t
      2、HSE:高速外部时钟信号  精度高 来源(1)HSE外部晶体/陶瓷谐振器(晶振)  (2)HSE用户外部时钟          ( @3 q, W% n7 J/ E7 b( ]$ w
      3、LSE:低速外部晶体 32.768kHz 主要提供一个精确的时钟源 一般作为RTC时钟使用  
( R- T: ]4 X* A. y: ?2 @% W* I" m( Z, i8 m  G" ]

4 b3 \( ^: P! C1 K3 x在STM32中,有五个时钟源,为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。  . F9 o# F5 j& n3 o
& O. ]% q' y" \3 w- x0 l6 f
  ①、HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz。 1 g) y8 o2 |$ E8 R

8 B4 R% i2 T& s  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。
/ t& n! Y% O1 m: V) a
8 ?- L# d4 G' v5 j$ m  ③、LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz。 : B) c( t: c4 l* P/ s5 f- _
  [1 a9 O3 F& K: S
  ④、LSE是低速外部时钟,接频率为32.768kHz的石英晶体。
2 x6 D7 S" Q) g# _, y* x. c3 _: E& ]3 g3 b2 ~" O5 c
  ⑤、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。
* |* w7 K8 G7 v" y
* X! O; @( Y" n1 J, U  其中40kHz的LSI供独立看门狗IWDG使用,另外它还可以被选择为实时时钟RTC的时钟源。另外,实时时钟RTC的时钟源还可以选择LSE,或者是HSE的128分频。RTC的时钟源通过RTCSEL[1:0]来选择。 ; J0 S' S9 u8 g6 C: L

3 S9 O" H. {# _! Z$ u; X  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,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。 " H" M# x( x7 f. S, \3 U' w& `0 m
7 k  E1 S: M4 E
  另外,STM32还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。 ' X& J! }+ \: T, C, z. X, C
" W( Z! r5 [6 |# W: \$ L
  系统时钟SYSCLK,它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为72MHz,它通过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:
9 Z6 o4 u. ~# A9 E) `, ?$ S% m; ~$ k4 {9 f( L* x, y
  ①、送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
% `8 B0 ^- e: ^  v2 v7 l( @! d  F$ b9 ^+ K+ {2 y! E
  ②、通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。 * R: c6 t, Q) t

5 c) t7 c7 r, J$ c* L2 a" a; [  ③、直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。 / g+ U' s; O2 ]% Q/ }

; u: H  ~! u! V. c  ④、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),另一路送给定时器(Timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频,时钟输出供定时器2、3、4使用。
/ T" ^3 c5 |5 D. ]: ^7 M( W. S: C6 z! u9 h/ P( H* ?0 ^( X; `
  ⑤、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),另一路送给定时器(Timer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频,时钟输出供定时器1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。
6 `7 A" ?! `6 i  E6 ~5 \7 k5 W% }" Z
  在以上的时钟输出中,有很多是带使能控制的,例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。当需要使用某模块时,记得一定要先使能对应的时钟。 ) ^) u4 v7 k" P0 v
$ Z, _' ?6 f% O: R$ ^( p
  需要注意的是定时器的倍频器,当APB的分频为1时,它的倍频值为1,否则它的倍频值就为2。
$ I$ M& U. r* }. I
4 W* V1 V1 @8 R& f  连接在APB1(低速外设)上的设备有:电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号,但它应该不是供USB模块工作的时钟,而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。
! d5 H. T4 U! H/ y+ d" Y5 e
% T. G" L% ?% h  连接在APB2(高速外设)上的设备有:UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。 7 @* A' @0 t0 ^/ o9 C

/ D) s5 B. t6 O
% O4 E6 i. }- a3 ~, {* ?% l5 P涉及的寄存器:
) l5 F: o# G0 U1 l2 jRCC 寄存器结构,RCC_TypeDeff,在文件“stm32f10x_map.h”中定义如下:  , ^2 B; K$ L2 F3 z6 [
  1. typedef struct  3 i# s/ `7 u! a/ O
  2. {  6 r9 C6 S6 w/ J: C! i  e/ m; j
  3. vu32 CR;                  //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能  
    0 F) o3 V7 w5 |0 I, A2 o: f# Y
  4. vu32 CFGR;              //PLL等的时钟源选择以及分频系数设定 1 |: Y/ i) R; N- e
  5. vu32 CIR;                // 清除/使能 时钟就绪中断
    8 Z4 Q4 u: Y9 F
  6. vu32 APB2RSTR;      //APB2线上外设复位寄存器 4 C1 \( w9 u' s1 H. k+ W/ Z. P
  7. vu32 APB1RSTR;      //APB1线上外设复位寄存器
    ' Q0 p* Y. i% p$ b. e
  8. vu32 AHBENR;         //DMA,SDIO等时钟使能 * {/ [! \% {% o* r. G, x
  9. vu32 APB2ENR;       //APB2线上外设时钟使能
    ! i2 B1 J. M# _# E1 P9 u
  10. vu32 APB1ENR;      //APB1线上外设时钟使能 * N) N5 m7 _$ ~$ o
  11. vu32 BDCR;           //备份域控制寄存器
    - _: A0 U$ `7 b' y7 H6 J
  12. vu32 CSR;             " H, E# R* P' I$ ~8 L5 L
  13. } RCC_TypeDef;
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7 j9 q, V( k* x- ~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,然后对照我们的《STM32不完全手册》的系统时钟配置函数void Stm32_Clock_Init(u8 PLL)一同来学习。

2 ]) G- a* d) c. ~
时钟输出的使能控制
( b& a5 I6 m: E8 o1 U$ {
    在以上的时钟输出中有很多是带使能控制的,如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等。
# ^" Z* v7 X6 K0 F当需要使用某模块时,必需先使能对应的时钟。需要注意的是定时器的倍频器,当APB的分频为1时,它的倍频值为1,否则它的倍频值就为2。7 G3 R7 v. m5 v9 S  D9 Q
   连接在APB1(低速外设)上的设备有:电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、 Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号,但它应该不是供USB模块工作的时钟,而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。
1 K: ~* d  g, S- ~7 t$ c   连接在APB2(高速外设)上的设备有:GPIO_A-E、USART1、ADC1、ADC2、ADC3、TIM1、TIM8、SPI1、AFIO

0 {9 m2 ?3 T( p$ l
使用HSE时钟,程序设置时钟参数流程:
2 d" h& i: E9 k9 C
  1. 1、将RCC寄存器重新设置为默认值   RCC_DeInit;
    . X3 |# `" K# n" S" g% X
  2. 2、打开外部高速时钟晶振HSE       RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);( m; h- T" H3 ~* D5 \
  3. 3、等待外部高速时钟晶振工作      HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();. B5 ~' w1 C/ J# F: {, X/ \
  4. 4、设置AHB时钟         RCC_HCLKConfig;2 m) D, j) b2 V; z/ B
  5. 5、设置高速AHB时钟     RCC_PCLK2Config;
    ! x9 [+ q( Z" N- A% g! N
  6. 6、设置低速速AHB时钟   RCC_PCLK1Config;
    ) k! \/ d" ]. D
  7. 7、设置PLL              RCC_PLLConfig;  Q% [  i. i. ?9 N2 \. ~( w  q
  8. 8、打开PLL              RCC_PLLCmd(ENABLE);7 c# Q6 O) ?* v$ `$ @
  9. 9、等待PLL工作          while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
    * ^, W  X6 ^/ ?) E6 G
  10. 10、设置系统时钟        RCC_SYSCLKConfig;2 G5 H) _' Q6 G. u
  11. 11、判断是否PLL是系统时钟     while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
    ( ]; H6 H6 S3 A# G) Y
  12. 12、打开要使用的外设时钟      RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()
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" w5 F: d3 }& D: w
下面是STM32软件固件库的程序中对RCC的配置函数(使用外部8MHz晶振)
  1. <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">void RCC_Configuration(void)</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">{</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">  RCC_DeInit();</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">  RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);   //RCC_HSE_ON——HSE晶振打开(ON)</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">  HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">  if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)        //SUCCESS:HSE晶振稳定且就绪</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">  {   </font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);  //RCC_SYSCLK_Div1——AHB时钟 = 系统时钟</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);   //RCC_HCLK_Div1——APB2时钟 = HCLK</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);   //RCC_HCLK_Div2——APB1时钟 = HCLK / 2</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);    //FLASH_Latency_2  2延时周期</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);       // 预取指缓存使能</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);    </font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">   // PLL的输入时钟 = HSE时钟频率;RCC_PLLMul_9——PLL输入时钟x 9</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    RCC_PLLCmd(ENABLE);</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) ;    </font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">   //RCC_SYSCLKSource_PLLCLK——选择PLL作为系统时钟</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);        //0x08:PLL作为系统时钟</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">  }</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000"> </font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB |</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">  RCC_APB2Periph_GPIOC , ENABLE);</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">//RCC_APB2Periph_GPIOA    GPIOA时钟</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">//RCC_APB2Periph_GPIOB    GPIOB时钟</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">//RCC_APB2Periph_GPIOC    GPIOC时钟</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">//RCC_APB2Periph_GPIOD    GPIOD时钟</font></font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="2"><font color="#000000">}</font></font></font></div>
复制代码

! U# k9 I, q3 m
$ y& ?; {. k) B, N
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