1 综述

1.1 时钟源

在STM32中，一共有5个时钟源，分别是HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

HSI：高速内部时钟源，RC振荡器，频率为8MHz。
HSE：高速外部时钟源，可接石英/陶瓷谐振器或外部时钟，频率范围为4~16MHz。
LSI：低速内部时钟源，RC振荡器，频率为40KHz。
LSE：低速外部时钟源，接频率为32.768KHz的石英晶体。
PLL：锁相环倍频输出，严格来说它不是独立时钟源，需要外接时钟源，输入可接HSI/2，HSE或是HSE/2。PLL倍频范围为x2~x16，但最大输出频率不能超过72MHz。

其中，LSI供独立看门狗IWDG使用，也可以被选为实时时钟源，不过，实时时钟源还可以选择LSE或者是HSE的128分配。在STM32中，全速功能的USB模块，其串行接口引擎需要一个48MHz的时钟源，该时钟源只能从PLL端获取，可选择分频1分频或1.5分频，若使用USB模块则必须先使能PLL并且时钟配置为72MHz或48MHz。

此外，在STM32中，可以选择一个时钟信号从MCO（PA8）脚输出，可以选择时钟源为PLL输出的2分频、HSI、HSE或系统时钟。

系统时钟SYSCLK，他提供STM32中绝大部分不见的工作时钟，系统时钟可以选择PLL输出、HSE和HSI、系统时钟最大频率为72MHz，通过AHB分配器分频后送给各个模块使用，AHB分配器可选1、2、4、8、·6、64、128、256、512分频，AHB分配器输出时钟可以供5大模块使用：

送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
通过8分频后送个Cortex的系统定时器时钟STCLK。
直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。
送个低速外设总线APB1分配器，APB1分配器可以选择1、2、4、8和16分频，其输出一路供APB1外设使用（PCLK1，最大频率36MHz）；另一路送个定时器（TIM2~TIM7）倍频器使用，该定时器倍频器根据APB1分频值自动选择x1或x2倍频（APB1分频值为1时，定时器倍频器为1倍频，APB1分频值为其它值时，定时器倍频器采用2倍频）。
送给高速外设总线APB2分频器，APB2分配器可选择1、2、4、8和16分频，其输出一路供APB2外设使用（PLCK2，最大频率为72MHz）；一路送给定时器（TIM1&TIM8）使用，该定时器倍频器根据APB2分频值自动选择x1或x2倍频（APB2分频值为1时，定时器倍频器为1倍频，APB2分频值为其它值时，定时器倍频器采用2倍频）；此外，APB2分配器输出还有一路供给ADC分配器使用，ADC分配器分频后供ADC模块使用，ADC分频可选2、4、6和8分频，不过ADC模块最大输入时钟不错过14MHz。

1.2 时钟树

图1 STM32时钟树

2. 时钟源

2.1 HSE时钟

高速外部时钟信号（HSE）可以有以下两种时钟源产生：

HSE外部晶体/陶瓷谐振器
HSE用户外部时钟

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。

图2 HSE/LSE时钟源

外部时钟源（HSE旁路）
在这个模式里，必须提供外部时钟，它的频率最高可达25MHz，用户可通过设置在时钟控制寄存器中的HSEBYP和HSEON位来选择这一模式。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，见图2）。

外部晶体/陶瓷谐振器（HSE晶体）
4~16Mz外部振荡器可为系统提供更为精确的主时钟，相关的硬件配置可参考图1，进一步信息可参考数据手册的电气特性部分。在时钟控制寄存器RCC_CR中的HSERDY位用来指示高速外部振荡器是否稳定，在启动时，直到这一位被硬件置’1’，时钟才被释放出来。如果在时钟中断寄存器RCC_CIR中允许产生中断，将会产生相应中断，HSE晶体可以通过设置时钟控制寄存器里RCC_CR中的HSEON位被启动和关闭。

2.2 HSI时钟

HSI时钟信号由内部8MHz的RC振荡器产生，可直接作为系统时钟或在2分频后作为PLL输入。HSI RC振荡器能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟，它的启动时间比HSE晶体振荡器短，然而，即使在校准之后它的时钟频率精度仍较差。
校准：制造工艺决定了不同芯片的RC振荡器频率会不同，这就是为什么每个芯片的HSI时钟频率在出厂前已经被ST校准到1%(25°C)的原因。系统复位时，工厂校准值被装载到时钟控制寄存器的HSICAL[7:0]位，如果用户的应用基于不同的电压或环境温度，这将会影响RC振荡器的精度，这时用户可以通过时钟控制寄存器里的HSITRIM[4:0]位来调整HSI频率，时钟控制寄存器中的HSIRDY位用来指示HSI RC振荡器是否稳定，在时钟启动过程中，直到这一位被硬件置’1’， HSI RC输出时钟才被释放。 HSI RC可由时钟控制寄存器中的HSION位来启动和关闭。如果HSE晶体振荡器失效， HSI时钟会被作为备用时钟源。

2.3 PLL时钟

内部PLL可以用来倍频HSI RC的输出时钟或HSE晶体输出时钟。PLL的设置(选择HSI振荡器除2或HSE振荡器为PLL的输入时钟、配置倍频因子)必须在其被激活前完成，一旦PLL被激活，这些参数就不能被修改。如果PLL中断在时钟中断寄存器里被允许，当PLL准备就绪时，可产生中断申请。如果需要在应用中使用USB接口， PLL必须被设置为输出48或72MHZ时钟，用于提供48MHz的USBCLK时钟。

2.4 LSE时钟

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。LSE晶体通过在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEON位启动和关闭，在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSERDY指示LSE晶体振荡是否稳定，在启动阶段，直到这个位被硬件置’1’后， LSE时钟信号才被释放出来。如果在时钟中断寄存器里被允许，可产生中断申请。

外部时钟源(LSE旁路)
在这个模式里必须提供一个32.768kHz频率的外部时钟源。你可以通过设置在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEBYP和LSEON位来选择这个模式。具有50%占空比的外部时钟信号(方波、正弦波或三角波)必须连到OSC32_IN引脚，同时保证OSC32_OUT引脚悬空，见图１。

2.5 LSI时钟

LSI RC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，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。 LSI时钟频率大约40kHz(在30kHz和60kHz之间)。LSI RC可以通过控制/状态寄存器(RCC_CSR)里的LSION位来启动或关闭，在控制/状态寄存器(RCC_CSR)里的LSIRDY位指示低速内部振荡器是否稳定，在启动阶段，直到这个位被硬件设置为’1’后，此时钟才被释放。如果在时钟中断寄存器(RCC_CIR)里被允许，将产生LSI中断申请。

LSI校准
可以通过校准内部低速振荡器LSI来补偿其频率偏移，从而获得精度可接受的RTC时间基数，以及独立看门狗(IWDG)的超时时间(当这些外设以LSI为时钟源)。校准可以通过使用TIM5的输入时钟(TIM5_CLK)测量LSI时钟频率实现，测量以HSE的精度为保证，软件可以通过调整RTC的20位预分频器来获得精确的RTC时钟基数，以及通过计算得到精确的独立看门狗(IWDG)的超时时间。

LSI校准步骤如下：
1.打开TIM5，设置通道4为输入捕获模式；
2.设置AFIO_MAPR的TIM5_CH4_IREMAP位为’1’，在内部把LSI连接到TIM5的通道4；
3.通过TIM5的捕获/比较4事件或者中断来测量LSI时钟频率；
4.根据测量结果和期望的RTC时间基数和独立看门狗的超时时间，设置20位预分频器。

2.6 系统时钟

系统复位后， HSI振荡器被选为系统时钟，当时钟源被直接或通过PLL间接作为系统时钟时，它将不能被停止，只有当目标时钟源准备就绪了(经过启动稳定阶段的延迟或PLL稳定)，从一个时钟源到另一个时钟源的切换才会发生，在被选择时钟源没有就绪时，系统时钟的切换不会发生，直至目标时钟源就绪，才发生切换。在时钟控制寄存器(RCC_CR)里的状态位指示哪个时钟已经准备好了，哪个时钟目前被用作系统时钟。

2.7 RTC时钟

通过设置备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 里的 RTCSEL[1:0] 位， RTCCLK 时钟源可以由HSE/128、 LSE或LSI时钟提供，除非备份域复位，此选择不能被改变，LSE时钟在备份域里，但HSE和LSI时钟不是，因此：

如果LSE被选为RTC时钟：只要VBAT维持供电，尽管VDD供电被切断， RTC仍继续工作。
如果LSI被选为自动唤醒单元(AWU)时钟：如果VDD供电被切断， AWU状态不能被保证。
如果HSE时钟128分频后作为RTC时钟：如果VDD供电被切断或内部电压调压器被关闭(1.8V域的供电被切断)，则RTC状态不确定。必须设置电源控制寄存器(PWR_CR)的DPB位为’1’(取消后备区域的写保护)。

2.8 看门狗时钟

如果独立看门狗已经由硬件选择或软件启动， LSI振荡器将被强制在打开状态，并且不能被关闭，在LSI振荡器稳定后，时钟供应给IWDG。

2.9 时钟输出

STM32允许输出时钟信号到外部MCO引脚，不过相应的GPIO端口寄存器必须被配置为相应功能。以下8个时钟信号可被选作MCO时钟：

SYSCLK
HSI
HSE
除2的PLL时钟
PLL2时钟
PLL3时钟除以2
XT1外部3~25MHz振荡器(用于以太网)
PLL3时钟(用于以太网)在MCO上输出的时钟必须小于50MHz(这是I/O端口的最大速度)。

时钟的选择由时钟配置寄存器(RCC_CFGR)中的MCO[3:0]位控制。

3 外设时钟系统

以下介绍不同总线上挂载各种外设，不同的芯片系列可能缺少某些外设，用户应根据自己的芯片型号确定。

1.AHB总线外设：DMA1、DMA2、SRAM、FLASH、CRC、FSMC、SDIO、OTG(互联型设备）、ETH（互联型设备）。
2.APB1(低速外设总线）：TIM2_TIM7、TIM12TIM14、WWDG、SPI2_{SPI3、USART2}USART3、UART4_UART5、I2C1I2C2、USB、CAN1~CAN2、BKP、DAC、CEC。
3.APB2（高速外设总线）：AFIO、GPIOA_GPIOG、ADC1ADC2、TIM1、TIM8、SPI1、USART1、ADC3、TIM15_TIM17、TIM9TIM11。

4 RCC库函数

4.1 时钟频率

typedef struct
{
  uint32_t SYSCLK_Frequency;  /*!< 系统时钟频率，单位：Hz */
  uint32_t HCLK_Frequency;    /*!< AHB总线时钟频率，单位：Hz */
  uint32_t PCLK1_Frequency;   /*!< APB1总线时钟频率，单位：Hz */
  uint32_t PCLK2_Frequency;   /*!< APB2总线时钟频率，单位：Hz */
  uint32_t ADCCLK_Frequency;  /*!< ADC模块输入时钟频率，单位：Hz */
}RCC_ClocksTypeDef;

4.2 RCC库函数

RCC库函数原型及实现请详见stm32f10x_rcc模块，以下仅介绍各接口的作用。

函数名	描述
RCC_DeInit	将外设RCC寄存器重设为缺省值
RCC_HSEConfig	设置外部高速晶振（ HSE）
RCC_WaitForHSEStartUp	等待 HSE 起振
RCC_AdjustHSICalibrationValue	调整内部高速晶振（ HSI）校准值
RCC_HSICmd	使能或者失能内部高速晶振（ HSI）
RCC_PLLConfig	设置 PLL 时钟源及倍频系数
RCC_PLLCmd	使能或者失能
PLLRCC_SYSCLKConfig	设置系统时钟（ SYSCLK）
RCC_GetSYSCLKSource	返回用作系统时钟的时钟源
RCC_HCLKConfig	设置 AHB 时钟（ HCLK）
RCC_PCLK1Config	设置低速 AHB 时钟（ PCLK1）
RCC_PCLK2Config	设置高速 AHB 时钟（ PCLK2）
RCC_ITConfig	使能或者失能指定的 RCC 中断
RCC_USBCLKConfig	设置 USB 时钟（ USBCLK）
RCC_ADCCLKConfig	设置 ADC 时钟（ ADCCLK）
RCC_LSEConfig	设置外部低速晶振（ LSE）
RCC_LSICmd	使能或者失能内部低速晶振（ LSI）
RCC_RTCCLKConfig	设置 RTC 时钟（ RTCCLK）
RCC_RTCCLKCmd	使能或者失能 RTC 时钟
RCC_GetClocksFreq	返回不同片上时钟的频率
RCC_AHBPeriphClockCmd	使能或者失能 AHB 外设时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd	使能或者失能 APB2 外设时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd	使能或者失能 APB1 外设时钟
RCC_APB2PeriphResetCmd	强制或者释放高速 APB（ APB2）外设复位
RCC_APB1PeriphResetCmd	强制或者释放低速 APB（ APB1）外设复位
RCC_BackupResetCmd	强制或者释放后备域复位
RCC_ClockSecuritySystemCmd	使能或者失能时钟安全系统
RCC_MCOConfig	选择在 MCO 管脚上输出的时钟源
RCC_GetFlagStatus	检查指定的 RCC 标志位设置与否
RCC_ClearFlag	清除 RCC 的复位标志位
RCC_GetITStatus	检查指定的 RCC 中断发生与否
RCC_ClearITPendingBit	清除 RCC 的中断待处理位

5 时钟系统初始化

假设采用外部提供晶振（HSE）频率为8MHz，PLLCLK=SYSCLK=72MHz，PCLK2=72MHz，PCLK1=36MHz，则时钟系统初始化代码如下：

void RCC_config()
{ 
  ErrorStatus HSEStartUpStatus; // 定义错误状态变量

  /* 时钟系统初始化 */
  RCC_DeInit();//将RCC寄存器重新设置为默认值
  RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); //打开外部高速时钟晶振
  HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();// 等待外部高速时钟晶振工作
  if(HSEStartUpStatus == SUCCESS) 
  { 
    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);//设置AHB不分频，HCLK=SYSCLK
    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);//设置APB2不分频，P2CLK=HCLK
    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); //设置APB1 为2分频，P1CLK=HCLK/2
    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);//设置FLASH代码延时
    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);//使能预取指缓存
    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, //设置PLL时钟源，
      RCC_PLLMul_9);//外部时钟不分频，为HSE的9倍频8MHz * 9 = 72MHz
    RCC_PLLCmd(ENABLE);//使能PLL
    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);//等待PLL准备就绪
    {
      RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);//设置PLL为系统时钟源
      while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)//判断PLL是否是系统时钟
      {
      } 
    }
  }

  /* 以下示例部分外设时钟初始化 */
  /* 使能DMA1时钟*/
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
  /* 使能CAN1时钟*/
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);
  /* 使能GPIOD时钟*/
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); 
}

STM32F10x之RCC