【STM32】初学者必读STM32时钟系统详解
目录
1 前言
2 时钟系统介绍
3 时钟源
3.1 系统时钟源
3.2 次级时钟源
3.3 时钟源特点
4 时钟
4.1 AHB总线时钟
4.2 APB1总线时钟
4.3 APB2总线时钟
5 时钟控制器
6 CubeMx配置时钟系统
6.1 选择单片机型号
6.2 选择时钟源
6.3 配置系统时钟
6.4 时钟系统初始化代码
7 结论
1 前言
STM32的时钟系统比较复杂，初学者一看时钟树必然蒙圈，我该怎么用？怎么设置？搞不懂，就根据开发板源码很快完成设置，虽然能用起来，碰到问题或自己改代码时必然蒙圈。要做好底层驱动设计，还是要对STM32的时钟有深入的理解，本文将为大家详细介绍STM32的时钟。
2 时钟系统介绍
STM32的时钟系统由三大部分组成：时钟源、时钟控制器、时钟。
时钟源是产生时钟信号的电路，可以是晶振、RC震荡电路，产生方波信号，由时钟控制器分频或倍频后作为内核或外设的时钟。
时钟可以理解为给外设提供工作频率的方波信号，该方波信号的频率是时钟源的倍频或分频。
时钟控制器介于时钟源和时钟之间，对时钟源进行选择、分频、倍频控制，为内核及外设提供时钟。
STM32F407的系统时钟框图如图 1所示，时钟控制器将HIS、HSE、主PLL时钟源转化为内核及外设所需的时钟，接收外部I2S时钟、PHY以太网时钟、USBPhy时钟，为I2S、MAC、USB等外设提供时钟。时钟控制器还提供2路时钟输出MCO1和MCO2，最大输出频率100MHz。
图 1 STM32F407时钟系统框图
STM32F407的系统时钟树如图 2所示。
图 2 STM32F407时钟树
3 时钟源
STM32的时钟源由系统时钟源和次级时钟源组成。
3.1 系统时钟源
STM32单片机可以使用三种不同的时钟源来驱动系统时钟 (SYSCLK)，三种时钟源分别为：
● HSI 振荡器时钟
● HSE 振荡器时钟
● 主 PLL (PLL) 时钟
注意这里说的HIS、HSE或主PLL提供的是系统时钟（SystemClk），对于单片机而言，时钟源只有HSI或HSE，主PLL的时钟源也是HSI或HSE，经过PLL倍频后作为系统时钟的时钟源，提供高于HIS、HSE时钟频率的时钟源。将STM32F407的时钟树系统时钟源简化后的框图如图 2所示。
图 3 系统时钟源框图
3.2 次级时钟源
STM32单片机器件具有两个次级时钟源，分别为：
● 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)。
3.3 时钟源特点
每个时钟源都可单独打开或者关闭，不用时关闭时钟源以降低功耗。
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。
4 时钟
通过前文介绍，了解到STM32F407的时钟包括以太网ptp时钟、系统时钟SystemClk、AHB时钟、APB时钟等。APB时钟分为高速 APB (APB2) 和低速 APB (APB1)，时钟控制器可对这些时钟的频率进行配置。这些时钟为单片机的AHB总线、AHB1总线、APB1总线、APB总线提供工作时钟，各外设分别连接到各个总线上，获得相应的工作时钟，时钟频率收到总线工作时钟最大频率限制。以STM32F407为例，AHB 的最大频率为 168 MHz，低速 APB1 的最大允许频率为 42 MHz，高速 APB2 的最大允许频率为 84 MHz。
STM32F407总线如图 4所示。
图 4 STM32F407总线
4.1 AHB总线时钟
AHB 总线时钟的最大频率为系统时钟SystemClk，以STM32F407为例，最大为 168 MHz。AHB总线的外设如图 5所示。
图 5 AHB总线外设
4.2 APB1总线时钟
APB1为APB低速总线，最大频率为系统时钟SystemClk的4分频，以STM32F407为例，最大为 42MHz。APB1总线的外设如图 6所示。
图 6 APB1总线外设
4.3 APB2总线时钟
APB2为APB高速总线，最大频率为系统时钟SystemClk的2分频，以STM32F407为例，最大为 84MHz。APB2总线的外设如图 7所示。
图 7 APB2总线外设
5 时钟控制器
STM32单片机的时钟控制通过配置RCC时钟控制寄存器、RCC PLL配置寄存器、RCC时钟配置寄存器、RCC时钟中断寄存器、RCC外设复位寄存器、RCC外设时钟寄存器等组成。这里不在赘述，详细可查阅《STM32F4xx参考手册》。
6 CubeMx配置时钟系统
6.1 选择单片机型号
NewProjectà选择单片机型号，以STM32F407为例。如图 8所示。
图 8 选择单片机型号
6.2 选择时钟源
如图 9所示，标注1的为时钟源选项，可以设置HSE、LSE，如选择Disable，则配置为内部RC振荡器，如选择外部晶体振荡器，则硬件上需设计有晶振支持，这里选择为外部晶振。
标注2为配置是否允许MCO1、MCO2时钟输出，这里未允许。标注3为配置是否允许I2S外部时钟输入，这里未允许。
图 9 时钟源选择
6.3 配置系统时钟
STM32F407最大允许系统时钟168M，其配置方法如下：
- 选择Clock Configuration选项卡。
- 选择HSE。
- 选择PLLCLK
- 设置HCLK为168MHz
如图 10所示，可查询到系统时钟、APB1、APB2等总线时钟，方便外设使用时的时钟设置。
图 10 系统时钟配置
6.4 时钟系统初始化代码
时钟系统初始化相关函数如表 1所示
表 1 时钟系统初始化相关函数
|
序号 |
函数名称 |
函数功能说明 |
|
1 |
SystemClock_Config(void) |
系统时钟配置 |
代码具体如下：
void SystemClock_Config(void)
{RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;/**Configure the main internal regulator output voltage */__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);/**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 25;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK){_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);}/**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK){_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);}/**Configure the Systick interrupt time */HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);/**Configure the Systick */HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);/* SysTick_IRQn interrupt configuration */HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
}7 结论
看过本文后，相信您对复杂的时钟系统有了新的认识，在未来的设计中，不会因为STM32的复杂时钟踩坑。请关注博主，学习更多实战经验，后续会陆续推出更多实战经验，还请多多关注、批评指正！
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