stm32 时钟配置——外部时钟倍频、内部时钟倍频【worldsing笔记】

2022-11-08 23:14:01

stm32可选的时钟源

在STM32中，可以用内部时钟，也可以用外部时钟，在要求进度高的应用场合最好用外部晶体震荡器，内部时钟存在一定的精度误差。

准确的来说有4个时钟源可以选分别是HSI、LSI、HSE、LSE（即内部高速，内部低速，外部高速，外部低速），高速时钟主要用于系统内核和总线上的外设时钟。低速时钟主要用于独立看门狗IWDG、实时时钟RTC。

①、HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz，上电后默认的系统时时钟 SYSCLK = 8MHz，Flash编程时钟。

①、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，可用于独立看门狗IWDG、实时时钟RTC。

④、LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

系统时钟SYSCLK输入

这里重点在高速时钟，因为大部分外设时钟都是用的高速时钟。系统内核和外设时钟的时钟只有一个源，那就是SYSCLK，即常说的系统时钟，他是有一个选择器SW来做选择的，有3种选择HSI、HSE和PLL，上电后默认选择内部HSI， HSI虽然存在精度误差，但是能保证不会挂。这点比AVR单片机做的好一些，AVR单片机时钟一旦配置成外部的，如果外部时钟正常那时无法下载程序的。PLL为锁相环倍频输出，PLL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，其输出频率最大不得超过72MHz, 也有网有超频工作的，但不提倡。

也就是说系统时钟SYSCLK最终有以下几种选择：

①、SYSCLK = HSI

①、SYSCLK = HSE

③、SYSCLK = PLL

关于PLL锁相环倍频（输入和输出）:

将输入时钟乘以一个系数后输出时钟，可以百度PLL原理。

PLL的输入3种选择：

①、PLLi = HSI /2

①、PLLi = HSE /2

③、PLLi = HSE

PLL的输出有15种选择： PLLout = PLLi Xn (n = 2…16)

关于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（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。

关于把时钟信号输出到外部

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。

关于系统时钟SYSCLK分配

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(8MHz)或者HSE(外部晶振)。系统时钟最大频率为72MHz，供给I2S音频总线和AHB总线时钟。

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：

①、内核总线：送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。

②、Tick定时器：通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。

③、I2S总线：直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。

④、APB1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。

⑤、APB2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。

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。

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。

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。

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。

对于单片机系统来说，CPU和总线以及外设的时钟设置是非常重要的，因为没有时钟就没有时序。

由于时钟是一个由内而外的东西，具体设置要从寄存器开始。
RCC 寄存器结构，RCC_TypeDeff，在文件“stm32f10x.h”中定义如下：（v3.4库）

1059行->1081行。

typedef struct
{
__IO uint32_t CR;
__IO uint32_t CFGR;
__IO uint32_t CIR;
__IO uint32_t APB2RSTR;
__IO uint32_t APB1RSTR;
__IO uint32_t AHBENR;
__IO uint32_t APB2ENR;
__IO uint32_t APB1ENR;
__IO uint32_t BDCR;
__IO uint32_t CSR;
#ifdef STM32F10X_CL
__IO uint32_t AHBRSTR;
__IO uint32_t CFGR2;
#endif /* STM32F10X_CL */
#if defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || defined (STM32F10X_HD_VL)
uint32_t RESERVED0;
__IO uint32_t CFGR2;
#endif /* STM32F10X_LD_VL || STM32F10X_MD_VL || STM32F10X_HD_VL */
} RCC_TypeDef;

一般板子上只有8Mhz的晶振，而增强型最高工作频率为72Mhz，显然需要用PLL倍频9倍，这些设置都需要在初始化阶段完成。

使用外部高速HSE时钟，程序设置时钟参数流程：
     1、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;
    5、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()

为了方便说明，借用一下例程的RCC设置函数，并用中文注释的形式加以说明：

static void RCC_Config(void) {

/* 这里是重置了RCC的设置，类似寄存器复位 */

RCC_DeInit(); 

/* 使能外部高速晶振 */

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); 

/* 等待高速晶振稳定 */

HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); 

if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)

{

    /* 使能flash预读取缓冲区 */

    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable); 

    /* 令Flash处于等待状态，2是针对高频时钟的，这两句跟RCC没直接关系，可以暂且略过 */

    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); 

    /* HCLK = SYSCLK 设置高速总线时钟=系统时钟*/

    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); 

    /* PCLK2 = HCLK 设置低速总线2时钟=高速总线时钟*/

    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); 

    /* PCLK1 = HCLK/2 设置低速总线1的时钟=高速时钟的二分频*/

    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); 

    /* ADCCLK = PCLK2/6 设置ADC外设时钟=低速总线2时钟的六分频*/

    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 

    /* Set PLL clock output to 72MHz using HSE (8MHz) as entry clock */

    //这句很关键

    /* 利用锁相环讲外部8Mhz晶振9倍频到72Mhz */

    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9); 

    /* Enable PLL 使能锁相环*/

    RCC_PLLCmd(ENABLE); 

   /* Wait till PLL is ready 等待锁相环输出稳定*/

   while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) ;

    /* Select PLL as system clock source 将锁相环输出设置为系统时钟 */

    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); 

    /* Wait till PLL is used as system clock source 等待校验成功*/

    while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

} 

/* Enable FSMC, GPIOD, GPIOE, GPIOF, GPIOG and AFIO clocks */

//使能外围接口总线时钟，注意各外设的隶属情况，不同芯片的分配不同，到时候查手册就可以

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_FSMC, ENABLE); 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE |

                         RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG |

                         RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

}

使用内部高速HSI时钟，程序设置时钟参数流程：
     1、将RCC寄存器重新设置为默认值      RCC_DeInit;
     2、设置AHB时钟                           RCC_HCLKConfig;
     3、设置高速AHB时钟                      RCC_PCLK2Config;
     4、设置低速速AHB时钟                   RCC_PCLK1Config;
    5、设置PLL选择时钟源和倍频数         RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, 倍频数);

6、打开PLL                                 RCC_PLLCmd(ENABLE);
     7、等待PLL工作                            while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
     8、设置系统时钟                           RCC_SYSCLKConfig;
     9、判断是否PLL是系统时钟               while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
   10、打开要使用的外设时钟                 RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()

void RCC_Configuration(void){

    /*将外设RCC寄存器重设为缺省值*/

    RCC_DeInit();

    /*设置AHB时钟（HCLK）*/

    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);  //RCC_SYSCLK_Div1——AHB时钟= 系统时钟

    /* 设置高速AHB时钟（PCLK2）*/

    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);   //RCC_HCLK_Div1——APB2时钟= HCLK

    /*设置低速AHB时钟（PCLK1）*/

    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);   //RCC_HCLK_Div2——APB1时钟= HCLK / 2

    /*设置FLASH存储器延时时钟周期数*/

    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); //FLASH_Latency_2  2延时周期

    /*选择FLASH预取指缓存的模式*/

    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);       // 预取指缓存使能

    /*设置PLL时钟源及倍频系数*/

    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, RCC_PLLMul_12);        

    /*使能PLL */

    RCC_PLLCmd(ENABLE); 

    /*检查指定的RCC标志位(PLL准备好标志)设置与否*/

    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) ;

    /*设置系统时钟（SYSCLK）*/

    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); 

    /* PLL返回用作系统时钟的时钟源*/

    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                 //0x08：PLL作为系统时钟

}

PLL的设定需要在使能之前，一旦PLL使能后参数不可更改。

在STM32中，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 。

连接在APB2(高速外设)上的设备有：GPIO_A-E、USART1、ADC1、ADC2、ADC3、TIM1、TIM8、SPI1、ALL。

程序举例：

APB1(低速外设)

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN, ENABLE);

APB2（高速外设）

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);

STM32和其它单片机相比时钟更为复杂，就是为了灵活配置，降低功耗，不用的外设可以关闭时钟，看似复杂但是，打开时钟树一看，就是几个根的选择，和几个枝叶的选择。

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