代码收藏家技术教程 2024-06-13

STM32系统时钟设置详解（重要且细致）

前面几章分别讲解了什么是嵌入式系统，以及单片机和CMSIS结构。接下来正式进入STM32的学习。STM32最基础的部分就是系统时钟，系统时钟就像是整个STM32的心脏，为程序的运行提供了生命。要想在今后的STM32学习中更加得心应手，就需要非常熟悉我们STM32的系统时钟。

一、时钟控制

时钟系统为整个硬件系统的各个模块提供时钟信号。由于系统的复杂性，各个硬件模块很可能对时钟信号有自己的需求，这就要求在系统中设置多个振荡器，分别提供时钟信号，或者从一个主振荡器开始，经过多次倍频、分频、锁相环等电路，生成各个模块的独立时钟信号。

从主振荡器到各个模块的时钟信号通路成为时钟树。一些传统的低端8位单片机诸如51、AVR、PLC等单片机，也具备自身的一个时钟树系统，但其中的绝大部分是不受用户控制的，即在单片机上电后，时钟树就固定在某种不可能更改的状态。比如51单片机使用的典型12MHz晶振作为时钟源，则外设如IO口、定时器、串口等设备的驱动时钟便已经是固定的，用户无法将此时时钟的速率更改，除非更换晶振。而STM32微控制器的时钟树则是可配置的，其时钟输入源与最终达到外设的时钟速率不再是固定的关系，STM32微控制器的时钟树如下图所示：

在STM32中有5个时钟源，分别为HSI、HSE、LSE、LSI、PLL：

（1）HSI（高速内部时钟信号8MHz）：通过8MHz的内部RC振荡器产生，并且可直接用做系统时钟，或者经过2分频后作为PLL的输入。

（2）HSE（高速外部时钟信号4~16MHz）：可以通过外部直接提供时钟，从OSC_IN输入，或使用外部陶瓷/晶体谐振器。HSI比HSE更快的启动时间，但频率精确度没有外部晶振体振荡器高。

（3）LSE（低速外部时钟信号32.768kHz）：振荡器是一个32.768kHz的低速外部晶体/陶瓷振荡器，它为RTC或其他功能提供低功耗且精确的时钟源。

（4）LSI（低速内部时钟信号30~60kHz）：LSIRC担当了低功耗时钟源的角色，它可以在停机和待机模式下保持运行，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。

（5）PLL（锁相环倍频输出）：用来倍频HSI或者HSE，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。

SYSCLK是提供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。HSI与HSE可以通过分频加至PLLSRC，并由PLLMUL进行倍频后经选择直接充当SYSCLK。PLLCLK经1.5分频或1分频后为USB串行接口引擎提供一个48MHz的振荡频率，即当需要使用USB时，PLL必须使能，并且时钟频率配置为48MHz或者72MHz。48MHz仅提供给USB串行接口引擎，而USB模块工作时钟是由APB1提供的。系统时钟最大频率为72MHz，它通过AHB分频后送给各模块使用，AHB分频器可选择1、2、4、8、16、32、64、128、256、512分频。AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用：

（1）送给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。

（3）直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。

（4）送给APB1分频器，APB1分频器可选择为1、2、4、8、16分频，其输出一路提供APB1外设使用（PCLK2,最大频率36MHz）;另一路送给定时器（Timer）2、3、4的倍频器使用（TIMX_CLK）,该倍频器可选择1或者2倍频，输出提供定时器2、3、4使用。

（5）送给APB2分频器，APB2分频器可提供选择为1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB2外设使用；另一路送给定时器1的倍频器使用（TIM1CLK），该倍频器可选择1或者2倍频，其输出供定时器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。

二、复位

STM32F10x支持电源复位、系统复位和备份区域复位三种复位形式。

1. 电源复位

当NRST引脚被拉低产生外部复位时，将产生复位脉冲。在复位过程中，芯片内部的复位信号会在NRST引脚上输出，脉冲发生器保证每一个复位源都能保持至少20us的脉冲延时。当以下事件发生的时候将产生电源复位。

（1）上电/掉电复位；

（2）从待机模式中返回。

电源复位将复位除了备份区域外所有寄存器。发生电源复位后，系统的复为入口被固定在地址0x00000004，即系统会从该地址重新运行用户程序。

2.系统复位

当发生以下任意时间时，可以产生一个系统复位，通过查看时钟控制器的RCC_CSR控制器状态的复位状态标志位可以识别复位事件的来源。

（1）NRST引脚上的低电平，即外部复位。

（2）窗口看门狗计数终止（WWDG）复位。

（3）独立看门狗计数终止（IWDG）复位。

（4）软件复位（SW复位）。

（5）低功耗管理复位。

3.备份区域复位

备份区域复位只影响备份区域的寄存器，STM32备份区域支持两个专门的复位操作。可以通过以下两种方式产生备份区域复位。

（1）软件方式：设置备份区域控制寄存器RCC_BDCR中的BDRST位。

（2）在VDD和VBAT两者均掉电的情况下，VDD和VBTA上电将触发备份区域复位。

三、启动配置

STM32F103x因为固定的存储器影像，代码区始终从地址0x0000000开始，通过ICode和DCode总线访问。启动之后，CPU从地址0x0000000获取堆栈顶的地址，并从启动存储器的0x00000004指示的地址开始执行代码。而数据区（SRAM）始终从地址0x20000000开始，通过系统总线访问。

STM32F103x的CPU始终从ICode总线获取复位向量，即启动仅适合于从代码区开始。而常用的程序代码存放在Flash中，因此典型的是从Flash启动；系统还可以从系统存储器或内置SRAM启动。系统复位后，SYSCLK的第4哥上升沿，BOOT0和BOOT1引脚的值将被锁存，可以通过BOOT0和BOOT1引脚选择3中不同启动模式。