STM32笔记归纳8：时钟

时钟

一、时钟树

1.1.时钟和时钟树的概念

1.2.分频器、锁相环和复用器

一、时钟树

1.1.时钟和时钟树的概念

**时钟：**高低变化的方波信号

类似于人的心跳，片上外设的运行需要输入时钟信号

时钟信号的频率决定了片上外设的工作速度

时钟树：

1.2.分频器、锁相环和复用器

**分频器：**对频率做除法

**锁相环：**对频率做乘法

**复用器：**对频率做选择

1.3.树根

树根位于时钟树最低下的一部分

单片机中有两颗时钟树（类似于人体有两套血液循环系统）

每颗时钟树有两个时钟源（类似于人体有四颗心脏）

大树的频率需求比较高，一般为几十兆赫兹，一般称为高速树，高速树的时钟源称为高速时钟源

小树的频率需求比较低，一般为几十千赫兹，一般称为低速树，低速树的时钟源称为低速时钟源

|---|--------------------------|--------------------------|
| | 内 | 外 |
| 低 | LSI（Low Speed Internal） | LSE（Low Speed External） |
| 高 | HSI（High Speed Internal） | HSE（High Speed External） |

内部时钟源：

位于单片机内部

外部时钟源：

位于单片机外部

通过PC14和PC15引脚外接LSE晶振

通过PD0和PD1引脚外界HSE晶振

注：内部时钟源精度不高，所以需要外部时钟源

1.4.树干

1.4.1.SYSCLK来自HSI

精度低，SYSCLK = 8MHz

1.4.2.SYSCLK来自锁相环

灵活，SYSCLK可变

例如：8，12，16，20，36，72MHz

1.4.3.SYSCLK来自HSE

精度高，SYSCLK = HSE频率

1.5.树枝

**AHB（Advanced High Speed Bus）：**高级高速总线

**APB1（Advanced Peripheral Bus 1）：**高级外设总线1

**APB2（Advanced Peripheral Bus 2）：**高级外设总线2

例1：

假设SYSCLK = 8MHz

要求HCLK = PCLK1 = PCLK2 = 8MHz

将三个分频器系数全都设置为1

例2：

假设SYSCLK = 72MHz

要求HCLK = 36MHz PCLK1 = 9MHz PCLK2 = 36MHz

AHB分频器系数为2

APB1分频器系数为4

APB2分频器系数为1

例3：

假设SYSCLK = Max

要求HCLK = PCLK1 = PCLK2 = Max

AHB分频器系数为1

APB1分频器系数为2

APB2分频器系数为1

二、时钟树的编程

2.1.时钟树的初始状态

SYSCLK的频率直接来自于HSI

AHB，APB1，APB2的分频系数都为1

Cortex-M3内核（CPU）的频率为8HMz

**示例：**使用for循环实现延迟500ms

CPU执行一条指令的时钟周期为：1 / 8*10^(6) = 0.125us

假设每个for循环消耗10个时钟周期：0.125 * 10 = 1.25us

延迟500ms需要的for循环次数为：0.5s / 1.25us = 400000

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
	/*启动GPIOC时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	/*声明GPIO结构变量*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	/*选择PC13引脚*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	/*输出开漏模式*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	/*最大输出速率为2MHz*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
	/*初始化PA0引脚*/
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);
	
	while(1)
	{
		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);
		for(uint32_t i = 0;i < 400000;i++);
		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);
		for(uint32_t i = 0;i < 400000;i++);
	}
}

2.2.标准库的启动代码

打开单片机的启动文件startup

找到reset代码

单片机复位后从ResetHandler开始执行

会将时钟树初始化为最高频率

可以用分号进行注释

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
	/*启动GPIOC时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	/*声明GPIO结构变量*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	/*选择PC13引脚*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	/*输出开漏模式*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	/*最大输出速率为2MHz*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
	/*初始化PA0引脚*/
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);
	
	while(1)
	{
		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);
		for(uint32_t i = 0;i < 666666;i++);
		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);
		for(uint32_t i = 0;i < 666666;i++);
	}
}

2.3.时钟树的编程接口

**RCC（Reset And Clock Controller）：**复位和时钟控制器

cpp 复制代码

void RCC_HSEConfig(uint32_t RCC_HSE);//HSE开关
void RCC_HSICmd(FounctionalState NewState);//HSI开关
void RCC_PLLConfig(uint32_t RCC_PLLSource,uint32_t RCC_PLLMul);//锁相环配置
void RCC_PLLCmd(FunctionalState NewState);//锁相环开关
void RCC_SYSCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLKSource);//SYSCLK配置
void RCC_HCLKConfig(uint32_T RCC_SYSCLK);//HCLK配置
void RCC_PCLK1Config(uint32_T RCC_HCLK);//PCLK1配置
void RCC_PCLK2Config(uint32_T RCC_HCLK);//PCLK2配置
FlagStatus RCC_GetFlagStatus(uint8_t RCC_FLAG);//获取RCC状态
uint8_t RCC_GetSTSCLKSource(void);//获取SYSCLK来源

2.4.配置时钟树

开启HSE时钟
配置锁相环参数，启动锁相环
配置分频器的分频系数
选择SYSCLK的来源

2.4.1.启动HSE

cpp 复制代码

//HSE开关
void RCC_HSEConfig(uint32_t RCC_HSE);

解析：

**参数：**开关HSE

RCC_HSE_ON：开
RCC_HSE_OFF：关

cpp 复制代码

//获取RCC的状态
FlagStatus RCC_GetFlagStatus(uint8_t RCC_FLAG);

解析：

**参数：**RCC_FLAG_HSE

**返回值：**SET（就绪）RESET（未就绪）

cpp 复制代码

//#1：开启HSE
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET);

2.4.2.配置锁相环

cpp 复制代码

//配置锁相环的参数
void RCC_PLLConfig(uint32_t RCC_PLLSource,uint32_t RCC_PLLMul);

解析：

**参数1：**选择锁相环输入来源

RCC_PLLSource_HSE_Div1：HSE
RCC_PLLSource_HSE_Div2：HSE / 2
RCC_PLLSource_HSI_Div2：HSI / 2

**参数2：**选择锁相环分频系数

RCC_PLLMul_2 ~ RCC_PLLMul_16

cpp 复制代码

//控制锁相环开关
void RCC_PLLCmd(FunctionalStatus NewState);

解析：

**参数：**ENABLE（开）DISABLE（关）

cpp 复制代码

//获取RCC的状态
FlagStatus RCC_GetFlagStatus(uint8_t RCC_FLAG);

解析：

**参数：**RCC_FLAG_PLLRDY

**返回值：**SET（就绪）RESET（未就绪）

cpp 复制代码

//#2：配置并启动锁相环
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);
RCC_PLLCmd(ENABLE);
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

2.4.3.配置分频器

cpp 复制代码

//配置AHB分频器的分频系数
void RCC_HCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLK);
//配置APB1分频器的分频系数
void RCC_PCLK1Config(uint32_t RCC_HCLK);
//配置APB2分频器的分频系数
void RCC_PCLK2Config(uint32_t RCC_HCLK);

解析：

参数：

RCC_SYSCLK_Div1 ~ RCC_SYSCLK_Div51
RCC_HCLK_Div1 ~ RCC_HCLK_Div16
RCC_HCLK_Div1 ~ RCC_HCLK_Div16

cpp 复制代码

//#3：配置AHB APB1 APB2的分频系数
/*配置AHB分频器的分频系数*/
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
/*配置APB1分频器的分频系数*/
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
/*配置APB2分频器的分频系数*/
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2);

2.4.4.配置SYSCLK来源

cpp 复制代码

//设置SYSCLK的来源
void RCC_SYSCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLKSource);

解析：

**参数：**SYSCLK来源

RCC_SYSCLKSource_HSI：HSI
RCC_SYSCLKSource_HSE：HSE
RCC_SYSCLKSource_PLLCLK：锁相环

cpp 复制代码

//获取SYSCLK的来源
uint8_t RCC_GetSYSCLKSource(void);

解析：

返回值：

0x00：HSI
0x04：HSE
0x08：锁相环

cpp 复制代码

//#4：切换SYSCLK的来源
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

2.5.配置Flash指令预取

单片机运行时，CPU从Flash中读取代码执行

但是从Flash模块读取代码的速度远底于CPU执行程序速度

所以要在CPU与Flash之间增加一个缓冲区

Flash将程序提前放在缓冲区中，加快速度（指令预取）

cpp 复制代码

//开启Flash指令预取
FLASH_PrefetchBufferCmd(ENABLE);

**注：**需要在SYSCLK <= 8MHz时进行

cpp 复制代码

//设置Flash访问延迟
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);

总代码：

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"

void App_SystemClock_Init(void);

int main(void)
{
	App_SystemClock_Init();
	/*启动GPIOC时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	/*声明GPIO结构变量*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	/*选择PC13引脚*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	/*输出开漏模式*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	/*最大输出速率为2MHz*/
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
	/*初始化PA0引脚*/
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);
	
	while(1)
	{
		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);
		for(uint32_t i = 0;i < 666666;i++);
		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);
		for(uint32_t i = 0;i < 666666;i++);
	}
}

void App_SystemClock_Init(void)
{
	//开启Flash指令预取
	FLASH_PrefetchBufferCmd(ENABLE);
	//设置Flash访问延迟
	FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
	
	//#1：开启HSE
	RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
	while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET);
	
	//#2：配置并启动锁相环
	RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);
	RCC_PLLCmd(ENABLE);
	while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
	
	//#3：配置AHB APB1 APB2的分频系数
	/*配置AHB分频器的分频系数*/
	RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
	/*配置APB1分频器的分频系数*/
	RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
	/*配置APB2分频器的分频系数*/
	RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2);
	
	//#4：切换SYSCLK的来源
	RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
	while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
}

2.6.片上外设开关和复位

cpp 复制代码

//开关AHB总线上的片上外设的时钟
void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph,FunctionalStatus NewState);
//开关APB2总线上的片上外设的时钟
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph,FunctionalStatus NewState);
//开关APB1总线上的片上外设的时钟
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph,FunctionalStatus NewState);
//复位APB2总线上的片上外设
void RCC_APB2PeriphResetCmd(uint32_t RCC_APB2Periph,FunctionalStatus NewState);
//复位APB1总线上的片上外设
void RCC_APB1PeriphResetCmd(uint32_t RCC_APB1Periph,FunctionalStatus NewState);

**示例1：**开启GPIOA时钟

cpp 复制代码

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

**示例2：**开启USART2时钟

cpp 复制代码

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);

**示例3：**开启DMA1时钟

cpp 复制代码

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);

**示例4：**复位I2C1时钟

cpp 复制代码

RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_I2C1,ENABLE);
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_I2C1,DISABLE);