STM32 时钟系统

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STM32 时钟树

STM32 系统复位后首先进入 SystemInit 函数进行时钟的设置，将 STM32F1 系统时钟设置为 72MHz（我们开发板上使用的 STM32F103ZET6 最大可达到 72M（超频除外）），然后进入主函数。那么这个系统时钟大小如何得来，其他外设的时钟又如何划分，这些问题都可以通过一张时钟树图找到答案，只要理解好时钟树，STM32 一切时钟的来龙去脉就会非常清楚。

在 STM32 时钟系统中，有 5 个重要的时钟源，分别是 LSI、LSE、HSI、HSE、
PLL。按照时钟频率分可分为高速时钟源和低速时钟源，在这 5 个中 HSI，HSE 以及 PLL 属于高速时钟，LSI 和 LSE 属于低速时钟。按照时钟来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是在 STM32 晶振管脚处接入外部晶振的方式获取时钟源，其中 HSE 和 LSE 是外部时钟源，其他的是内部时钟源。下面我们就按照上图中数字顺序来介绍。

（1）图标 1 HSI 是内部高速时钟，RC 振荡器，频率为 8MHz。可作为系统时钟或 PLL 锁相环的输入。

（2）图标 2 HSE 是外部高速时钟，芯片的 23 和 24 引脚即为外部高速晶振管脚。可通过外接一个频率范围是 4-16MHz 的时钟或者晶振，我们开发板上接的是一个 8MHz 的外部晶振。HSE 可以作为系统时钟和 PLL 锁相环输入，还可以经过 128 分频后输入给 RTC。

（3）图标 3 LSI 是内部低速时钟，RC 振荡器，频率大约为 40K，可供独立看门狗和 RTC 使用，并且独立看门狗只能使用 LSI 时钟。

（4）图标 4 LSE 是外部低速时钟，我们开发板上 STM32 芯片的 PC14 和 PC15即为外部低速时钟管脚。通常在此管脚上外接一个 32.768KHz 的晶振，供 RTC 使用。我们开发板上已经外接了一个 32.768K 的晶振。

（5）图标 5 PLL 是锁相环，用于倍频输出，因为开发板外部高速晶振也只有 8M，而我们这块芯片的最大时钟频率是 72M，因此可通过 PLL 锁相环来倍频。从图标 5 中可以看到，PLL 时钟输入源可选择为 HSI/2、HSE 或者 HSE/2，时钟源经过 2-16 倍频后输入给 PLLCLK，如果系统时钟选择由 PLLCLK 提供，则 PLLCLK 最大值不要超过 72M。那么它是怎么倍频产生72MHz系统时钟的呢？我们看到在主PLL内有倍频器和分频器，如图 11.1.2 所示。

从图11.1.2可以看出，PLL时钟源的输入信号要先经过一个PLLMUL倍频器，
将 HSE 或 HSI 倍频（2-16）后输入给 PLLCLK，如果系统时钟源 SYSCLK 选择 PLLCLK 作为它的来源，则最大值不能超过 72M。虽然可以做超频处理，但会打破系统的稳定性，这个是不划算的。假如 PLLSRC 的时钟来源由 HSE 提供，我们开发板使用的 HSE 是 8M 晶振，经过 PLLMUL 9 倍频后可以输出 72M 时钟频率给 PLLCLK。总结：如果我们选择 HSE 是 PLL 的时钟源，PLL 是 SYSCLK 的时钟源，即 SYSCLK 为 72MHz，这个也是我们库函数模板中 SystemInit 所配置的最终系统时钟。

上面我们简单介绍了下 STM32 的 5 个时钟源，那么它们是怎么给其他外设和
系统提供时钟的呢？在上图 11.1.1 时钟树图中我们把常用的时钟用字母框起来，按照它们顺序依次介绍。（A）MCO 是 STM32 的一个时钟输出 IO(PA8)，它可以选择一个时钟信号输
出，可以选择为 PLL 输出的 2 分频、 HSI、 HSE 或者系统时钟。这个时钟可以用来给外部其他系统提供时钟源。（B）RTC 时钟。从图中线的流向可知，RTC 时钟来源可以是内部低速的 LSI
时钟，外部低速 LSE 时钟（32.768K），还可以通过 HSE 128 分频后得到。（C）USB 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，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 PLLCLK 时钟频率配置为 48MHz 或 72MHz。（D）SYSCLK 系统时钟。它是 STM32 中绝大部分部件工作的时钟源。它的
时钟来源可以由 HSI、HSE、PLLCLK 提供，相信大家选择 STM32F1 这种高级芯片，都希望有一个比较大的时钟频率，因此选择 PLLCLK 作为系统时钟。PLLCLK 又是从 HSE 或 HSI 经过 PLL 倍频得到。根据前面 PLL 计算关系大家就可以算出系统时钟是多少。（E）其他所有外设。从时钟图上可以看出，其他所有外设的时钟最终来源
都是 SYSCLK。SYSCLK 通过 AHB 分频器分频后送给各模块使用。这些模块包括： ①、 AHB 总线、内核、内存和 DMA 使用的 HCLK 时钟。 ②、通过 8 分频后送给 Cortex 系统定时器时钟，即 SysTick。 ③、直接送给 Cortex 的空闲运行时钟 FCLK。 ④、送给 APB1 分频器。 APB1 分频器输出一路供 APB1 外设使用(PCLK1，
最大频率 36MHz)，另一路送给定时器(Timer)1、2 倍频使用。 ⑤、送给 APB2 分频器。 APB2 分频器分频输出一路供 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。 ⑥、送给 ADC 分频器。ADC 分频器经过 2、4、6、8 分频后送给 ADC1/2/3 使
用，ADC 最大频率为 14M。 ⑦、二分频后送给 SDIO 使用。

其中需要理解的是 APB1 和 APB2 的区别，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、UART2、UART3 等，APB2 上面连接的是高速外设包括 UART1、 SPI1、 Timer1、 ADC1、 ADC2、GPIO 等。大家可以简单这样记忆：2>1，所以 APB2 的速度大于 APB1 的速度。在时钟树图中我们还可以得到一个重要信息，大多数有关时钟输出部分都有
一个使能控制，比如 AHB 总线、APB1 外设、APB2 外设、内核时钟等。当需要使用某个时钟的时候一定要开启它的使能，否则将不工作。

时钟配置函数

时钟初始化配置函数

在前面章节的介绍中，我们知道 STM32 系统复位后首先进入 SystemInit 函
数进行时钟的设置，然后进入主函数 main。那么我们就来看下 SystemInit()函 121普中 STM32F1xx 开发攻略 www.prechin.cn
数到底做了哪些操作，首先打开我们前面使用库函数编写的 LED 程序，在 system_stm32f10x.c 文件中可以找到 SystemInit()函数，如果不想找的可以直接打开其头文件，通过前面教大家的快速进入函数的方法进入到 SystemInit() 内。

SystemInit 函数开始通过条件编译，先复位 RCC 寄存器，同时通过设置 CR
寄存器的 HSI 时钟使能位来打开 HSI 时钟。默认情况下如果 CR 寄存器复位，是选择 HSI 作为系统时钟，这点大家可以查看 RCC->CR 寄存器相关位描述可以得知，当低两位配置为 00 的时候（复位之后），会选择 HSI 振荡器为系统时钟。也就是说，调用 SystemInit 函数之后，首先是选择 HSI 作为系统时钟。在设置完相关寄存器后才换成 HSE 作为系统时钟，接下来 SystemInit 函数内部会调用 SetSysClock()函数。这个函数内部是根据宏定义设置系统时钟频率。

SystemInit 内实现过程看不懂没有关系，大家只要知道 SystemInit 函数执行完，时钟大小设置如下： SYSCLK（系统时钟） =72MHz AHB 总线时钟(HCLK=SYSCLK) =72MHz APB1 总线时钟(PCLK1=SYSCLK/2) =36MHz APB2 总线时钟(PCLK2=SYSCLK/1) =72MHz PLL 主时钟 =72MHz 这些时钟值大家要记住。

RCC_APB2Periph_GPIOC 宏，第二个传递的参数是 ENABLE 使能。从第一个参数名来看也非常好理解，RCC 表示复位和时钟控制器，APB2 表示 GPIOC 是挂接在 APB2 总线上，Periph 表示外设，后面的 GPIOC 表示我们使能的是 GPIOC 端口。第二个参数 ENABLE 表示使能。

自定义系统时钟

 1 void RCC_HSE_Config(u32 div,u32 pllm) //自定义系统时间（可以修改时钟）
 2 {
 3     RCC_DeInit(); //将外设RCC寄存器重设为缺省值
 4     RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);//设置外部高速晶振（HSE）
 5     if(RCC_WaitForHSEStartUp()==SUCCESS) //等待HSE起振
 6     {
 7         RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);//设置AHB时钟（HCLK）
 8         RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//设置低速AHB时钟（PCLK1）
 9         RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);//设置高速AHB时钟（PCLK2）
10         RCC_PLLConfig(div,pllm);//设置PLL时钟源及倍频系数
11         RCC_PLLCmd(ENABLE); //使能或者失能PLL
12         while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY)==RESET);//检查指定的RCC标志位设置与否,PLL就绪
13         RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);//设置系统时钟（SYSCLK）
14         while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08);//返回用作系统时钟的时钟源,0x08：PLL作为系统时钟
15     }
16 }