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STM32F103的时钟树是由哪些部分组成的

STM32F103的时钟树是由哪些部分组成的?各有何功能?

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李淑珍

2021-11-5 11:21:07
  一、时钟树
  本文以STM32F103为例,将本人所知的关于STM32的时钟系统的知识点展示出来。
  先贴上STM32F1系列的时钟树
  
  1、时钟源
  由时钟树可以,对于STM32来说,时钟源一共有四个,分别为 LSI 、LSE 、HSE 、HSI。另外一种说法为五个,加上PLL。个人认为,根据上面这个时钟树也可以看出,PLLCLK是HSE或者HSI经过锁相环倍频后的输出时钟信号,并不能说是STM32的时钟源之一,不过可以认为是STM32系统时钟SYSCLK的时钟源之一。
  STM32的时钟可分为高速时钟(HSE、HSI、PLL)和低速时钟(LSI、LSE),也可以分为内部时钟(HSI、LSI、PLL)和外部时钟(HSE、LSE)。
  根据上图标号顺序来解释各自功能
  1、LSI:低速内部时钟,由STM32内部的RC 振荡器产生,频率为 40kHz。担当一个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(IWDG)和自动唤醒单元提供时钟。
  2、LSE:低速外部时钟,接频率为 32.768kHz 的石英晶体。为实时时钟或其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。
  3、HSE: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。
  4、HSI:高速内部时钟,由STM32内部的RC 振荡器产生,频率为 8MHz,温漂较大,精度不高。
  5、PLL:锁相环倍频输出,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。当HSI被用于作为PLL时钟的输入时,系统时钟能得到的最大频率是36MHz。
  6、MCO:时钟输出。可以用来给外部其他系统提供时钟源。
  7、RTCCLK: RTC 时钟源。
  8、OTGFSCLK:USB时钟源。
  9、I2S:音频总线接口I2S的时钟源。I2S的主时钟可以产生所有从8kHz至96kHz之间的标准采样频率,而误差小于0.5%。
  10、SYSCLK:系统时钟。系统时钟可选择为 PLL 输出、HSI 或者 HSE。最大频率为 72MHz,可超频(不建议)。
  11、AHB:这里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。
  除了上述的时钟源以外,还涉及一个以太网的时钟信号,如标号12、13。以太网MAC的时钟(TX、RX和RMII)是由外部PHY提供。
  2、高速外部时钟信号(HSE)
  高速外部时钟信号(HSE)由以下两种时钟源产生:
  ● HSE用户外部时钟
  ● HSE外部晶体/陶瓷谐振器
  外部时钟源(External clock)
  这个模式下需要外部来提供时钟信号,最大为50MHz。如下图的上半部分所示,外部时钟信号(50%占空比的方波、正弦波或
  三角波)必须连到SOC_IN引脚,同时保证OSC_OUT引脚悬空。
  外部晶体 外部晶体/ 陶瓷谐振器(External crystal/ceramic resonator)
  这个模式需要外接晶体来为整个系统提供时钟信号,频率范围为 4MHz~16MHz。需要注意的是:为了减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间,晶体/陶瓷谐振器和负载电容器必须尽可能地靠近振荡器引脚。负载电容值必须根据所选择的振荡器来调整。一般在购买晶振的时候会标注需要多大的起振电容。
  
  3、低速外部时钟信号(LSE)
  LSE晶体是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。它为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。
  通HSE一样,具备两种时钟输入模式,具体请参考HSE。
  4、系统时钟(SYSCLK)
  系统时钟(SYSCLK)的时钟源有三个
  ● 高速外部时钟信号(HSE)
  ● 高速内部时钟信号(HSI)
  ● 锁相环倍频输出(PLL)
  系统时钟(SYSCLK)是供 STM32 中绝大部分部件工作的时钟源。通过多个预分频器配置AHB、高速APB(APB2)和低速APB(APB1)域的频率。AHB和APB2域的最大频率是72MHz。APB1域的最大允许频率是36MHz。
  也可以将SYSCLK作为MCO(时钟输出)的时钟源。
  注:以下部件的时钟源不来自系统时钟
  ● Flash存储器编程接口时钟始终是HSI时钟。
  ● 全速USB OTG的48MHz时钟是从PLL得到。为了正常地操作USB全速OTG,应该配置PLL输出72MHz或48MHz。
  ● I2S2和I2S3的时钟还可以从PLL3 VCO时钟(2xPLL3CLK)得到。
  ● 以太网MAC的时钟(TX、RX和RMII)是由外部PHY提供。当使用以太网模块时,AHB时钟频率必须至少为25MHz。
  5、时钟输出(MCO)
  MCO 是 STM32 的一个时钟输出 IO,它可以选择一个时钟信号输出,如下图所示,可以选择为 HSI、HSE、PLL 输出或者系统时钟。这个时钟可以用来给外部其他系统提供时钟源。
  
  6、AHB
  除了上述的几个部件之外,其余所有的外设时钟源均为AHB时钟提供。
  
  RCC通过AHB时钟(HCLK)8分频后作为Cortex系统定时器(SysTick)的外部时钟。通过对SysTick控制与状态寄存器的设置,可选择上述时钟或Cortex(HCLK)时钟作为SysTick时钟。ADC时钟由高速APB2时钟经2、4、6或8分频后获得等等。
  具体各路时钟信号输出为
  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。
  以上便是STM32F1的时钟树,不同的器件的时钟系统基本上大差不差,可能别的器件功能更加强大,会有更多的外设,其时钟源具体请参阅相关的参考文档。
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