STM32F103时钟系统讲解

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攻城狮Melo 发布时间：2022-11-8 23:05

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文章简介:	STM32F103时钟系统讲解

一、STM32F103时钟树
首先先放一张STM32参考手册中的一张时钟树，对照着来讲，如图所示：

首先对图里出现的几个名词做个介绍：
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为了更加清晰直观，再放上一张STM32CUBEMX里配置时钟系统的图：

首先先明确一点我们的STM32有HSE、HSI、LSE、LSI、PLL五个时钟源，接下来会对这五个时钟源进行介绍。
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1.1 HSE、HSI、PLL、SYSCLK
我们想要配置的时钟是SYSCLK即系统时钟，我们一般说的STM32F103时钟72M就是指这个SYSCLK系统时钟，从图里可以看到，配置系统时钟的时钟来源主要有三个：

分别是HSI、HSE、PLLCLK，我们配置系统时钟的来源可以是外部高速时钟、内部高速时钟和锁相环PLL出来的时钟信号，我们都知道在MCU没有超过最高时钟频率运行之前，时钟频率越高，系统运行更加稳定，故我们配置时钟时一般都是希望配置的时钟频率接近上限。
在STM32F103芯片里HSI给定了是内部8M的高速时钟，HSE可以是从4~16M之间自己选择焊接任意频率的晶振，而PLL锁相环是可以将时钟频率倍频提高可以实现稳定且高频的时钟信号。我们先来看一下PLL锁相环的时钟线：

PLL锁相环的输入可以是经过二分频的HSI也就是4M的内部时钟提供的信号，还有外部高速时钟HSE可以不分频或者二分频的信号，一般来说我们都会采用外部的时钟信号更加的稳定和准确，这里我们单片机外部焊接的是8M的晶振故我们选择PLL输入来源是HSE，在PLL内是经过*PLLMul(*9)来实现达到72M的频率，最后输出给到SYSCLK。

1.2 LSE、LSI、RTC
讲到这里HSE、HSI、PLL、SYSCLK相信大家都有了认识，接下来还有两个LSI和LSE有什么作用呢，我们看到STM32参考手册里有这样一段话：

我们的芯片内部低速时钟LSI是40khz的，用来驱动看门狗或者是RTC时钟的，外部的低速时钟是32.768khz可以用来驱动RTC，很遗憾我没有做过关于RTC的实验，故对实时时钟的解释不是很充分，没有特殊要求一般不会去用到，如图所示：

1.3 重要提示
上面介绍了五个时钟源，我们在不使用时，任一个时钟源都可被独立地启动或关闭，由此优化系统功耗，比如说我只用了一个HSE和PLL来配置SYSCLK，那么其他的时钟源可以不需要开启，以此降低功耗。

1.4 HCLK、PCLK1、PCLK2
配置完SYSCLK算是完成了时钟配置的一半，我们接着看时钟图后面，如图所示：

SYSCLK系统时钟出来后可以看到会经过一个AHB预分频器，将分频后的信号给至HCLK高速外设时钟，STM32规定最大的时钟信号是72MHz，和我们配置的SYSCLK一致，一般都是将SYSCLK配置为最高的HCLK时钟频率之后预分频器分频系数给1，将SYSCLK和HCLK时钟信号频率配置最高，以此达到系统高稳定性高性能状态，HCLK出来的时钟信号会给至AHB总线、核心存储器、DMA：

STM32还设置了两条外设时钟线，一条是PCLK1低速时钟，另一条是PCLK2高速时钟，PCLK1经过AHB1预分频器分频最高可达36M，PCLK2经过AHB2预分频器分频最高可达72M，如图所示：

在外设中存在着比较特殊的比如定时器，如上图所示，在APB1/2分频完成后有对搭载的定时器TIMER进行了分频那么怎么确定应该是多少呢，可以在STM32参考手册中找到这样一段：

为什么需要这么多外设的时钟呢，我们都知道在操作STM32外设之前都需要打开对应的外设时钟，比如我要操作GPIOA01输出高电平，我需要先打开GPIOA的外设时钟，才能对引脚进行操作，如下图所示是STM32F103各个外设时钟搭载的外设：
AHB搭载了DMA1/2、SRAM、核心存储器等都在HCLK提供的时钟频率下运行，比如想要用DMA1就需要通过打开AHB下的DMA1时钟，时钟频率就是HCLK，才能使用DMA1。

APB2搭载了例如GPIOA~G、ADC等

APB1搭载了通用定时器、USART、CAN等外设

1.5 时钟树小结
一条较为完整的时钟配置路线大致为：HSE–PLL–SYSCLK–AHB–HCLK–AHB1–PCLK1(/–AHB2–PCLK2),综上就是STM32配置时钟树的大部分内容，相信大家对时钟树的理解进一步加深，接下来我们讲怎么在标准库中配置我们的时钟系统。

二、程序配置（以之前新建的工程为例）
第一步打开我们的工程文件定位到startup文件夹，双击打开我们的启动文件，如图所示：

第二步我们知道STM32程序都是在启动文件里开始执行的，所以我们下拉代码找到程序运行的入口SystemInit，选中SystemInit鼠标右键单击Go To Definition…或者选中后按下快捷键F12进行跳转，如图所示：

第三步 SystemInit函数刚开始是初始化了很多与时钟相关的寄存器，将RCC时钟配置重置为默认的重置状态，往下看会找到一个SetSysClock()的函数，再次跳转，找到函数主体：

第四步跳转后可以看到这里通过判断标识符的方式将会执行SetSysClockTo72()函数，我们设置了72M的系统时钟，可以点击宏定义标识符查看，根据需要可以选择不同的时钟频率，如下两图：

第五步再次点击跳转SetSysClockTo72()函数，可以看到，我们进入了真正的配置系统时钟的地方，该函数起到设置“系统时钟频率”为72MHz，并配置“HCLK”、“PCLK2”和PCLK1预分压器的作用。整个系统时钟配置的过程是先启动外部晶振等待稳定然后设置好AHB,APB1,APB2,PLL相关的系数再启动PLL维持稳定后完成时钟配置，可以通过官方提供的注释看到，比较关键的一段如图：

可以看到，HCLK配置为分频系数为1和SYSCLK频率相等，PCLK2分频系数也是1和HCLK频率相等，PCLK1分频系数为2是HCLK频率的二分频，但是注释却打了相等可能是注释打错了。

这里是PLL锁相环的配置，需要留意的是RCC_CFGR_PLLMULL9这个参数，最后HSE出来的信号会乘上9提供给我们的SYSCLK信号。
第六步到这里为止所有的分频系数参数都设置完毕，最后要等待PLL提供稳定的时钟信号，整个系统完成时钟配置，如图所示：

注：那我们通过程序查询比如HCLK的时钟，程序怎么知道HSE是多少呢，我们可以看到在stm32f10x.h里有一个HSE_VALUE的参数，这个参数定义的是我们使用的外部晶振的频率，这是8M，如图所示：

三、小结
这一讲我们认识并强化了对系统时钟的概念和理解，对程序的配置上有了进一步的认识，大家可以在自己研读一下设置时钟的程序，这里程序讲的比较省略了关注点在时钟配置上了，下一讲会教大家如何运用keil5的DEBUG功能查询我们设置好的时钟频率究竟对不对。
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