【STM32】F103 时钟树

痛定思痛。 2024-03-17 12:17 96阅读 0赞

> STM32F103是一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，它具有丰富的外设资源和灵活的时钟配置。本文将从以下几个方面介绍STM32F103的时钟树：
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>  *  时钟树的概念和作用
>  *  时钟树的组成和分类
>  *  时钟树的配置方法和步骤
>  *  时钟树的应用实例

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*  一、时钟树的概念和作用
 *  二、时钟树的组成和分类
 *  三、时钟树的配置方法和步骤

## 一、时钟树的概念和作用 ##

时钟树是STM32为了实现低功耗而设计的功能完善构成复杂的时钟系统，它可以**根据不同的外设和应用场合，选择合适的时钟源和频率，以提高系统性能和降低功耗**。

时钟树的主要作用有以下几点：

*  提供系统时钟（`SYSCLK`），即CPU内核工作的机器周期，决定了系统运行的速度；
 *  提供AHB总线时钟（`HCLK`），即高性能总线工作的频率，连接CPU、内存、DMA等高速设备；
 *  提供APB1和APB2总线时钟（`PCLK1`和`PCLK2`），即低速总线工作的频率，连接各种外设如GPIO、UART、TIM等；
 *  提供RTC时钟（`RTCLK`），即实时时钟工作的频率，用于提供精确的时间信息；
 *  提供USB时钟（`USBCLK`），即USB外设工作的频率，用于实现USB通信功能；
 *  提供MCO时钟输出（`MCO`），即微控制器时钟输出引脚，可以输出不同的时钟信号给外部设备；

## 二、时钟树的组成和分类 ##

STM32F103的时钟树由四个时钟源、一个总线矩阵、一个PLL（锁相环）倍频器、一个CSS（时钟安全系统）检测器、一个USB预分频器、一个RTC预分频器、一个MCO输出选择器等部分组成。

STM32F103的时钟树可以分为以下六部分：

*  **高速外部时钟（HSE）**：由外部晶振或者信号源提供，频率范围为4~16MHz，通常使用8MHz的晶振。HSE可以直接作为系统时钟或者经过PLL倍频后作为系统时钟，也可以经过预分频后提供给RTC或者MCO；
 *  **高速内部时钟（HSI）**：由内部RC振荡器产生，频率为8MHz，精度和稳定性较低。HSI可以直接作为系统时钟或者经过PLL倍频后作为系统时钟，也可以提供给MCO；
 *  **低速外部时钟（LSE）**：由外部晶振或者信号源提供，主要提供给RTC模块，所以一般使用32.768KHz的晶振。LSE可以直接作为RTC时钟或者经过预分频后提供给RTC或者MCO；
 *  **低速内部时钟（LSI）**：由内部RC振荡器产生，也主要提供给RTC模块，频率大约为40KHz。LSI可以直接作为RTC时钟或者提供给MCO；
 *  **总线矩阵**：由多层AHB总线矩阵构成，用于连接Cortex-M内核、DMA控制器、外设和存储器。总线矩阵包括以下几条总线：
    
     *  **ICode总线**：用于访问存储空间里指令的总线；
     *  **DCode总线**：用于访问存储空间里数据的总线；
     *  **System总线**：用于访问指令、数据以及调试模块接口；
     *  **DMA总线**：用于内存与外设之间的数据传输；
     *  **AHB总线**：高性能总线，连接CPU、内存、DMA等高速设备，最高频率可达72MHz；
     *  **APB1总线**：低速外设总线，连接DAC、UART等外设，最高频率可达36MHz；
     *  **APB2总线**：高速外设总线，连接ADC、GPIO等外设，最高频率可达72MHz；
 *  **PLL（锁相环）倍频器**：用于将输入的时钟信号进行倍频，以提高系统时钟的频率。PLL的输入时钟源可以是HSI/2或者HSE，倍频系数可以是2~16之间的整数。PLL的输出时钟可以作为系统时钟或者提供给USB预分频器或者MCO；

图中名词释义：

>  *  PLLXTPRE是一个分频器，它可以选择HSE时钟的一分频或二分频作为PLL的输入时钟源；
>  *  PLLSRC是一个选择器，它可以选择HSI时钟的二分频或HSE时钟（经过PLLXTPRE分频）作为PLL的输入时钟源；
>  *  PLLMUL是一个倍频器，它可以将PLL的输入时钟源进行2~16倍的倍频，得到PLL的输出时钟源；
>  *  prescalear：预分频。

![在这里插入图片描述][ab17692eb08549f590c643a10e0ec36e.png]

## 三、时钟树的配置方法和步骤 ##

STM32F103的时钟树的配置主要涉及到以下几个寄存器：

*  **RCC\_CR（时钟控制寄存器）**：用于控制HSE、HSI、PLL、CSS等时钟源的开启、关闭和就绪状态；
 *  **RCC\_CFGR（时钟配置寄存器）**：用于控制系统时钟源的选择、AHB、APB1、APB2、USB等总线的预分频系数、PLL的输入时钟源和倍频系数等；
 *  **RCC\_CIR（时钟中断寄存器）**：用于控制和清除各种时钟源就绪中断和CSS中断；
 *  **RCC\_APB2RSTR（APB2外设复位寄存器）**：用于控制APB2外设的复位状态；
 *  **RCC\_APB1RSTR（APB1外设复位寄存器）**：用于控制APB1外设的复位状态；
 *  **RCC\_AHBENR（AHB外设使能寄存器）**：用于控制AHB外设的时钟使能状态；
 *  **RCC\_APB2ENR（APB2外设使能寄存器）**：用于控制APB2外设的时钟使能状态；
 *  **RCC\_APB1ENR（APB1外设使能寄存器）**：用于控制APB1外设的时钟使能状态；
 *  **RCC\_BDCR（备份域控制寄存器）**：用于控制LSE、RTC等备份域相关的功能；
 *  **RCC\_CSR（控制/状态寄存器）**：用于控制LSI、CSS等功能以及显示复位标志；

STM32F103的时钟树的配置一般遵循以下步骤：

1.  根据需要选择合适的时钟源，例如HSE或者HSI，并通过设置RCC\_CR寄存器相应的位来开启或关闭该时钟源；
2.  根据需要选择是否使用PLL，并通过设置RCC\_CFGR寄存器相应的位来选择PLL的输入时钟源和倍频系数，以及开启或关闭PLL；
3.  根据需要选择系统时钟源，并通过设置RCC\_CFGR寄存器相应的位来选择系统时钟源为HSE、HSI或者PLLCLK；
4.  根据需要设置AHB、APB1、APB2等总线的预分频系数，并通过设置RCC\_CFGR寄存器相应的位来设置预分频

TM32的各种外设应该如何选择时钟频率的原则如下：

*  外设的时钟频率应该小于或等于系统时钟频率（SYSCLK），否则会导致外设无法正常工作；
 *  外设的时钟频率应该满足外设的功能需求，例如定时器的精度、串口的波特率、ADC的采样速率等；
 *  外设的时钟频率应该考虑功耗和电磁干扰的影响，一般来说，时钟频率越高，功耗越大，电磁干扰越严重。

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