对单片机中时钟的理解：

心已赠人 2022-05-15 14:17 384阅读 0赞

**1.概述**

简单的说，时钟是单片机的脉搏，是单片机的驱动源，使用任何一个外设都必须打开相应的时钟。这样的好处是，如果不使用一个外设的时候，就把它的时钟关掉，从而可以降低系统的功耗，达到节能，实现低功耗的效果。每个时钟ｔｉｃｋ，系统都会处理一步数据，这样才能让工作不出现紊乱。

**2.原理**

首先，任何外设都需要时钟，51单片机，stm32，430等等，因为寄存器是由D触发器组成的，往触发器里面写东西，前提条件是有时钟输入。  
51单片机不需要配置时钟，是因为一个时钟开了之后所有的功能都可以用了，而这个时钟是默认开启的，比如有一个水库，水库有很多个门，这些门默认是开启的，所以每个门都会出水，我们需要哪个门的水的时候可以直接用，但是也存在一个问题，其他没用到的门也在出水，即也在耗能。这里水库可以认为是能源，门可以认为是每个外设的使用状态，时钟可以认为是门的开关。stm32之所以是低功耗，他将所有的门都默认设置为disable，在你需要用哪个门的时候，开哪个门就可以，也就是说用到什么外设，只要打开对应外设的时钟就可以，其他的没用到的可以还是disable，这样耗能就会减少。  
在51单片机中一个时钟把所有的都包了，而stm32的时钟是有分工的，并且每类时钟的频率不一样，因为没必要所有的时钟都是最高频率，只要够用就行，好比一个门出来水流大小，我只要洗脸，但是出来的是和洪水一样涌出来的水，那就gg了，消耗能源也多，所以不同的时钟也会有频率差别，或者在配置的时候可以配置时钟分频。

拓展：为何要先配置时钟，再配置ＧＰＩＯ（功能模块）

所有寄存器都需要时钟才能配置，寄存器是由D触发器组成的，只有送来了时钟，触发器才能被改写值。  
任何MCU的任何外设都需要有时钟，8051也是如此；STM32为了让用户更好地掌握功耗，对每个外设的时钟都设置了开关，让用户可以精确地控制，关闭不需要的设备，达到节省供电的目的。  
51单片机不用配置IO时钟，只是因为默认使用同一个时钟，这样是方便，但是这样的话功耗就降低不了。  
例如，某个功能不需要，但是它还是一直运行。  
stm32需要配置时钟，就可以把不需要那些功能的功耗去掉。  
当你想关闭某个IO的时候，关闭它相对应的时钟使能就是了，不过在51里面，在使用IO的时候是没有设置IO的时钟的，还有在STM32中，有外部和内部时钟之分，关于时钟等好好研究  
ARM的芯片都是这样，外设通常都是给了时钟后，才能设置它的寄存器（即才能使用这个外设）。STM32、LPC1XXX等等都是这样。  
这么做的目的是为了省电，使用了所谓时钟门控的技术。  
这也属于电路里同步电路的范畴：同步电路总是需要1个时钟。

**3.分类**

时钟发生器用于产生时钟，并提供给CPU和外部硬件设备。

有如下三种系统时钟。

（1）主系统时钟

①通过连接一个振荡器到X1和X2，该振荡电路产生fx=1到20MHZ的时钟；

②使用内部高速振荡器产生fRH=8MHZ的时钟。

（2）副系统时钟

①通过在XT1和XT2之间连接一个fXT=32.768KHZ的振荡器；

②通过XT2引脚提供一个外部副系统时钟fexclks=32.768KHZ。

（3）内部低速振荡时钟（看门狗定时器时钟）

①内部低速振荡器，以fRL=240KHZ的时钟振荡。该时钟不能作为CPU时钟。

**4.配置**

一、在STM32中，有五个时钟源，为**HSI**、**HSE**、**LSI**、**LSE**、**PLL**。

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。

③**LSI**是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。

④**LSE**是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

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。

二、在STM32上如果不使用外部晶振，OSC\_IN和OSC\_OUT的接法：如果使用内部RC振荡器而不使用外部晶振，请按照下面方法处理：

①对于100脚或144脚的产品，OSC\_IN应接地，OSC\_OUT应悬空。  
②对于少于100脚的产品，有2种接法：第1种：OSC\_IN和OSC\_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EMC性能；第2种：分别重映射OSC\_IN和OSC\_OUT至PD0和PD1，再配置PD0和PD1为推挽输出并输出'0'。此方法可以减小功耗并（相对上面）节省2个外部电阻。

三、用HSE时钟，程序设置时钟参数**流程**：  
01、将RCC寄存器重新设置为默认值   RCC\_DeInit;  
02、打开外部高速时钟晶振HSE    RCC\_HSEConfig(RCC\_HSE\_ON);  
03、等待外部高速时钟晶振工作    HSEStartUpStatus = RCC\_WaitForHSEStartUp();  
04、设置AHB时钟         RCC\_HCLKConfig;  
05、设置高速AHB时钟     RCC\_PCLK2Config;  
06、设置低速速AHB时钟   RCC\_PCLK1Config;  
07、设置PLL              RCC\_PLLConfig;  
08、打开PLL              RCC\_PLLCmd(ENABLE);  
09、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()

四、下面是STM32软件固件库的程序中对RCC的配置函数(使用外部8MHz晶振)

/\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*

\* Function Name  : RCC\_Configuration

\* Description    :  RCC配置(使用外部8MHz晶振)

\* Input            : 无

\* Output         : 无

\* Return         : 无

\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*/

void RCC\_Configuration(void)

/\*将外设RCC寄存器重设为缺省值\*/

RCC\_DeInit();

/\*设置外部高速晶振（HSE）\*/

RCC\_HSEConfig(RCC\_HSE\_ON);   //RCC\_HSE\_ON——HSE晶振打开(ON)

/\*等待HSE起振\*/

HSEStartUpStatus = RCC\_WaitForHSEStartUp();

if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)        //SUCCESS：HSE晶振稳定且就绪

/\*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\_HSE\_Div1, RCC\_PLLMul\_9);

// PLL的输入时钟= HSE时钟频率；RCC\_PLLMul\_9——PLL输入时钟x 9

/\*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);

//RCC\_SYSCLKSource\_PLLCLK——选择PLL作为系统时钟

/\* 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

｝

/\*使能或者失能APB2外设时钟\*/

RCC\_APB2PeriphClockCmd(RCC\_APB2Periph\_GPIOA | RCC\_APB2Periph\_GPIOB |

RCC\_APB2Periph\_GPIOC , ENABLE);

//RCC\_APB2Periph\_GPIOA    GPIOA时钟

//RCC\_APB2Periph\_GPIOB    GPIOB时钟

//RCC\_APB2Periph\_GPIOC    GPIOC时钟

//RCC\_APB2Periph\_GPIOD    GPIOD时钟

五、时钟频率

STM32F103内部8M的内部震荡，经过倍频后最高可以达到72M。目前TI的M3系列芯片最高频率可以达到80M。

在stm32固件库3.0中对时钟频率的选择进行了大大的简化，原先的一大堆操作都在后台进行。系统给出的函数为SystemInit()。但在调用前还需要进行一些宏定义的设置，具体的设置在system\_stm32f10x.c文件中。

文件开头就有一个这样的定义:   
//\#define SYSCLK\_FREQ\_HSE    HSE\_Value   
//\#define SYSCLK\_FREQ\_20MHz 20000000   
//\#define SYSCLK\_FREQ\_36MHz 36000000   
//\#define SYSCLK\_FREQ\_48MHz 48000000   
//\#define SYSCLK\_FREQ\_56MHz 56000000   
\#define SYSCLK\_FREQ\_72MHz 72000000

ST 官方推荐的外接晶振是 8M,所以库函数的设置都是假定你的硬件已经接了 8M 晶振来运算的.以上东西就是默认晶振 8M 的时候,推荐的 CPU 频率选择.在这里选择了：  
\#define SYSCLK\_FREQ\_72MHz 72000000   
也就是103系列能跑到的最大值72M

然后这个 C文件继续往下看   
\#elif defined SYSCLK\_FREQ\_72MHz   
const uint32\_t SystemFrequency         = SYSCLK\_FREQ\_72MHz;      
const uint32\_t SystemFrequency\_SysClk = SYSCLK\_FREQ\_72MHz;      
const uint32\_t SystemFrequency\_AHBClk = SYSCLK\_FREQ\_72MHz;      
const uint32\_t SystemFrequency\_APB1Clk = (SYSCLK\_FREQ\_72MHz/2);  
const uint32\_t SystemFrequency\_APB2Clk = SYSCLK\_FREQ\_72MHz;

这就是在定义了CPU跑72M的时候,各个系统的速度了.他们分别是:硬件频率,系统时钟,AHB总线频率,APB1总线频率,APB2总线频率.再往下看,看到这个了:   
\#elif defined SYSCLK\_FREQ\_72MHz   
static void SetSysClockTo72(void);

这就是定义 72M 的时候,设置时钟的函数.这个函数被 SetSysClock ()函数调用,而  
SetSysClock ()函数则是被 SystemInit()函数调用.最后 SystemInit()函数,就是被你调用的了

所以设置系统时钟的流程就是:   
首先用户程序调用 SystemInit()函数,这是一个库函数,然后 SystemInit()函数里面,进行了一些寄存器必要的初始化后,就调用 SetSysClock()函数. SetSysClock()函数根据那个\#define SYSCLK\_FREQ\_72MHz 72000000 的宏定义,知道了要调用SetSysClockTo72()这个函数,于是,就一堆麻烦而复杂的设置[~!@\#$%][Link 1]^然后,CPU跑起来了,而且速度是 72M. 虽然说的有点累赘,但大家只需要知道,用户要设置频率,程序中就做的就两个事情:

第一个: system\_stm32f10x.c 中 \#define SYSCLK\_FREQ\_72MHz 72000000

第二个:调用SystemInit()

[Link 1]: mailto:~!@