初学stm32 --- 系统时钟配置

news2024/12/20 7:49:00

众所周知，时钟系统是 CPU 的脉搏，就像人的心跳一样。所以时钟系统的重要性就不言而喻了。 STM32 的时钟系统比较复杂，不像简单的 51 单片机一个系统时钟就可以解决一切。于是有人要问，采用一个系统时钟不是很简单吗？为什么 STM32 要有多个时钟源呢？因为首先STM32 本身非常复杂，外设非常的多，但是并不是所有外设都需要系统时钟这么高的频率，比如看门狗以及 RTC 只需要几十 k 的时钟即可。同一个电路，时钟越快功耗越大，同时抗电磁干扰能力也会越弱，所以对于较为复杂的 MCU 一般都是采取多时钟源的方法来解决这些问题。

在 STM32 中，有五个时钟源，为 HSI、 HSE、 LSI、 LSE、 PLL。从时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，在这 5 个中 HIS， HSE 以及 PLL 是高速时钟， LSI 和 LSE 是低速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是从外部通过接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。下面我们看看 STM32 的 5 个时钟源，我们讲解顺序是按图中红圈标示的顺序：

①、 HSI 是高速内部时钟， RC 振荡器，频率为 8MHz。

②、 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。我们的开发板接的是 8M 的晶振。

③、 LSI 是低速内部时钟， RC 振荡器，频率为 40kHz。独立看门狗的时钟源只能是 LSI，同时 LSI 还可以作为 RTC 的时钟源。

④、 LSE 是低速外部时钟，接频率为 32.768kHz 的石英晶体。这个主要是 RTC 的时钟源。⑤、 PLL 为锁相环倍频输出，其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，但是其输出频率最大不得超过 72MHz。

上面我们简要概括了 STM32 的时钟源，那么这 5 个时钟源是怎么给各个外设以及系统提供时钟的呢？这里我们将一一讲解。我们还是从图的下方讲解起吧，因为下方比较简单。

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源。

B. 这里是 RTC 时钟源，从图上可以看出， RTC 的时钟源可以选择 LSI， LSE，以及HSE 的 128 分频。

C. 从图中可以看出 C 处 USB 的时钟是来自 PLL 时钟源。 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，并且时钟频率配置为 48MHz 或 72MHz。

D. D 处就是 STM32 的系统时钟 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 或者 HSE。系统时钟最大频率为 72MHz，当然你也可以超频，不过一般情况为了系统稳定性是没有必要冒风险去超频的。

E. 这里的 E 处是指其他所有外设了。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 的系统定时器时钟，也就是 systick 了。

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)2、 3、 4 倍频器使用。

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。

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 等等， APB2 上面连接的是高速外设包括 UART1、 SPI1、 Timer1、 ADC1、 ADC2、所有普通 IO 口(PA~PE)、第二功能 IO 口等。

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。后面我们讲解实例的时候回讲解到时钟使能的方法。
STM32 时钟系统的配置除了初始化的时候在 system_stm32f10x.c 中的 SystemInit()函数中外，其他的配置主要在 stm32f10x_rcc.c 文件中，里面有很多时钟设置函数，大家可以打开这个文件浏览一下，基本上看看函数的名称就知道这个函数的作用。在大家设置时钟的时候，一定要仔细参考 STM32 的时钟图，做到心中有数。这里需要指明一下，对于系统时钟，默认情况下是在 SystemInit 函数的 SetSysClock()函数中间判断的，而设置是通过宏定义设置的。我们可以看看 SetSysClock()函数体：

static void SetSysClock(void)
{
#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
    SetSysClockToHSE();
#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
    SetSysClockTo24();
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
    SetSysClockTo36();
#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
    SetSysClockTo48();
#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
    SetSysClockTo56();
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
    SetSysClockTo72();
#endif
}

这段代码非常简单，就是判断系统宏定义的时钟是多少，然后设置相应值。我们系统默认宏定义是 72MHz:

#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000

如果你要设置为 36MHz，只需要注释掉上面代码，然后加入下面代码即可：

#define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000

同时还要注意的是，当我们设置好系统时钟后，可以通过变量 SystemCoreClock 获取系统时钟值，如果系统是 72M 时钟，那么 SystemCoreClock=72000000。这是在 system_stm32f10x.c 文件中设置的：

#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
    uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_HSE;
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
    uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_36MHz;
#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
    uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_48MHz;
#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
    uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_56MHz;
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
    uint32_t SystemCoreClock = SYSCLK_FREQ_72MHz;
#else
    uint32_t SystemCoreClock = HSI_VALUE;
#endif

在启动文件startup_stm32f10x_hd.s中配置自己的时钟初始化函数