【经验分享】STM32 时钟

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STMCU小助手发布时间：2022-3-31 11:00

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文章简介:	STM32 时钟

01. 时钟概述
可以使用三种不同的时钟源来驱动系统时钟 (SYSCLK)：

● HSI 振荡器时钟

● HSE 振荡器时钟

● 主 PLL (PLL) 时钟

器件具有以下两个次级时钟源：

● 32 kHz 低速内部 RC (LSI RC)，该 RC 用于驱动独立看门狗，也可选择提供给 RTC 用于停机/待机模式下的自动唤醒。

● 32.768 kHz 低速外部晶振（LSE 晶振），用于驱动 RTC 时钟 (RTCCLK)对于每个时钟源来说，在未使用时都可单独打开或者关闭，以降低功耗

时钟控制器为应用带来了高度的灵活性，用户在运行内核和外设时可选择使用外部晶振或者使用振荡器，既可采用最高的频率，也可为以太网、USB OTG FS 以及 HS、I2S 和 SDIO等需要特定时钟的外设保证合适的频率

可通过多个预分频器配置 AHB 频率、高速 APB (APB2) 和低速 APB (APB1)。AHB 域的最大频率为 168 MHz。高速 APB2 域的最大允许频率为 84 MHz。低速 APB1 域的最大允许频率为 42 MHz。

除以下时钟外，所有外设时钟均由系统时钟 (SYSCLK) 提供：

● 来自于特定 PLL 输出 (PLL48CLK) 的 USB OTG FS 时钟 (48 MHz)、基于模拟技术的随机数发生器 (RNG) 时钟 (<=48 MHz) 和 SDIO 时钟 (<=48 MHz)。
● I2S 时钟

要实现高品质的音频性能，可通过特定的 PLL (PLLI2S) 或映射到 I2S_CKIN 引脚的外部时钟提供 I2S 时钟。有关 I2S 时钟频率和精度的详细信息，请参见第 27.4.4 节：时钟发生器。
● 由外部 PHY 提供的 USB OTG HS (60 MHz) 时钟
● 由外部 PHY 提供的以太网 MAC 时钟（TX、RX 和 RMII）。有关以太网配置的更多信息，请参见以太网外设说明中的第 29.4.4 节： MII/RMII 选择。当使用以太网时，AHB时钟频率至少应为 25 MHz。

RCC 向 Cortex 系统定时器 (SysTick) 馈送 8 分频的 AHB 时钟 (HCLK)。SysTick 可使用此时钟作为时钟源，也可使用 HCLK 作为时钟源，具体可在 SysTick 控制和状态寄存器中配置。

STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 的定时器时钟频率由硬件自动设置。分为两种情况：

如果 APB 预分频器为 1，定时器时钟频率等于 APB 域的频率。
否则，等于 APB 域的频率的两倍 (×2)。
02. HSE时钟
高速外部时钟信号 (HSE) 有 2 个时钟源：

● HSE 外部晶振/陶瓷谐振器

● HSE 外部用户时钟

谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚，以尽量减小输出失真和起振稳定时间。负载电容值必须根据所选振荡器的不同做适当调整。

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外部源（HSE 旁路）

在此模式下，必须提供外部时钟源。此模式通过将 RCC 时钟控制寄存器 (RCC_CR) 中的HSEBYP 和 HSEON 位置 1 进行选择。必须使用占空比约为 50% 的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动 OSC_IN 引脚，同时 OSC_OUT 引脚应保持为高阻态 (hi-Z)。

外部晶振/ 陶瓷谐振器（HSE 晶振）

HSE 的特点是精度非常高。
RCC 时钟控制寄存器 (RCC_CR) 中的 HSERDY 标志指示高速外部振荡器是否稳定。在启动时，硬件将此位置 1 后，此时钟才可以使用。如在 RCC 时钟中断寄存器 (RCC_CIR) 中使能中断，则可产生中断。

HSE 晶振可通过 RCC 时钟控制寄存器 (RCC_CR) 中的 HSEON 位打开或关闭。

03. HSI时钟
HSI 时钟信号由内部 16 MHz RC 振荡器生成，可直接用作系统时钟，或者用作 PLL 输入。HSI RC 振荡器的优点是成本较低（无需使用外部组件）。此外，其启动速度也要比 HSE 晶振块，但即使校准后，其精度也不及外部晶振或陶瓷谐振器。

校准

因为生产工艺不同，不同芯片的 RC 振荡器频率也不同，因此 ST 会对每个器件进行出厂校准，达到 T A = 25 °C 时 1% 的精度。

复位后，工厂校准值将加载到 RCC 时钟控制寄存器 (RCC_CR) 的 HSICAL[7:0] 位中。

如果应用受到电压或温度变化影响，则这可能也会影响到 RC 振荡器的速度。用户可通过RCC 时钟控制寄存器 (RCC_CR) 中的 HSITRIM[4:0] 位对 HSI 频率进行微调。

RCC 时钟控制寄存器 (RCC_CR) 中的 HSIRDY 标志指示 HSI RC 是否稳定。在启动时，硬件将此位置 1 后，HSI 才可以使用。

HSI RC 可通过 RCC 时钟控制寄存器 (RCC_CR) 中的 HSION 位打开或关闭。

HSI 信号还可作为备份时钟源（辅助时钟）使用，以防 HSE 晶振发生故障。

04. PLL配置
STM32F4xx 器件具有两个 PLL：

● 主 PLL (PLL) 由 HSE 或 HSI 振荡器提供时钟信号，并具有两个不同的输出时钟：

— 第一个输出用于生成高速系统时钟（最高达 168 MHz）
— 第二个输出用于生成 USB OTG FS 的时钟 (48 MHz)、随机数发生器的时钟 (<=48 MHz) 和 SDIO 时钟 (<=48 MHz)。

● 专用 PLL (PLLI2S) 用于生成精确时钟，从而在 I2S 接口实现高品质音频性能。

由于在 PLL 使能后主 PLL 配置参数便不可更改，所以建议先对 PLL 进行配置，然后再使能（选择 HSI 或 HSE 振荡器作为 PLL 时钟源，并配置分频系数 M、N、P 和 Q）。

PLLI2S 使用与 PLL 相同的输入时钟（PLLM[5:0] 和 PLLSRC 位为两个 PLL 所共用）。但是，PLLI2S 具有专门的使能/禁止和分频系数（N 和 R）配置位。在 PLLI2S 使能后，配置参数便不能更改。

当进入停机和待机模式后，两个 PLL 将由硬件禁止；如将 HSE 或 PLL（由 HSE 提供时钟信号）用作系统时钟，则在 HSE 发生故障时，两个 PLL 也将由硬件禁止。RCC PLL 配置寄存器 (RCC_PLLCFGR) 和RCC 时钟配置寄存器 (RCC_CFGR) 可分别用于配置 PLL 和 PLLI2S。
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05. LSE时钟
LSE 晶振是 32.768 kHz 低速外部 (LSE) 晶振或陶瓷谐振器，可作为实时时钟外设 (RTC) 的时钟源来提供时钟/日历或其它定时功能，具有功耗低且精度高的优点。

LSE 晶振通过 RCC 备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 LSEON 位打开和关闭。

RCC 备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 LSERDY 标志指示 LSE 晶振是否稳定。在启动时，硬件将此位置 1 后，LSE 晶振输出时钟信号才可以使用。如在 RCC 时钟中断寄存器(RCC_CIR) 中使能中断，则可产生中断。

外部源（LSE 旁路）
在此模式下，必须提供外部时钟源，最高频率不超过 1 MHz。此模式通过将 RCC 备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 LSEBYP 和 LSEON 位置 1 进行选择。必须使用占空比约为 50%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动 OSC32_IN 引脚，同时 OSC32_OUT 引脚应保持为高阻态 (Hi-Z)。

06. LSI时钟
LSI RC 可作为低功耗时钟源在停机和待机模式下保持运行，供独立看门狗 (IWDG) 和自动唤醒单元 (AWU) 使用。时钟频率在 32 kHz 左右。有关详细信息，请参见数据手册的电气特性部分。

LSI RC 可通过 RCC 时钟控制和状态寄存器 (RCC_CSR) 中的 LSION 位打开或关闭。

RCC 时钟控制和状态寄存器 (RCC_CSR) 中的 LSIRDY 标志指示低速内部振荡器是否稳定。在启动时，硬件将此位置 1 后，此时钟才可以使用。如在 RCC 时钟中断寄存器 (RCC_CIR) 中使能中断，则可产生中断。

07. 系统时钟 (SYSCLK)选择
在系统复位后，默认系统时钟为 HSI。在直接使用 HSI 或者通过 PLL 使用时钟源来作为系统时钟时，该时钟源无法停止。

只有在目标时钟源已就绪时（时钟在启动延迟或 PLL 锁相后稳定时），才可从一个时钟源切
换到另一个。如果选择尚未就绪的时钟源，则切换在该时钟源就绪时才会进行。RCC 时钟
控制寄存器 (RCC_CR) 中的状态位指示哪个（些）时钟已就绪，以及当前哪个时钟正充当系
统时钟。