STM32入门系列-STM32时钟系统，STM32时钟树

时钟对于单片机来说是非常重要的，它为单片机工作提供一个稳定的机器周期从而使系统能够正常运行。时钟系统犹如人的心脏，一旦有问题整个系统就崩溃。我们知道STM32属于高级单片机，其内部有很多的外设，但不是所有外设都使用同一时钟频率工作，比如内部看门狗和RTC，它只需30KHz的时钟频率即可工作，所以内部时钟源就有多种选择。在前面章节的介绍中，我们知道STM32系统复位后首先进入SystemInit函数进行时钟的设置，将STM32F1系统时钟设置为72MHz，然后进入主函数。那么这个系统时钟大小如何得来，其他外设的时钟又如何划分，可以通过一张时钟树图找到答案，只要理解好时钟树，STM32一切时钟的来龙去脉就会非常清楚。下面就来了解下时钟树，如下图所示。

在STM32时钟系统中，有5个重要的时钟源，分别是LSI、LSE、HSI、HSE、PLL。按照时钟频率分可分为高速时钟源和低速时钟源，在这5个中HSI、HSE以及PLL属于高速时钟，LSI和LSE属于低速时钟。按照时钟来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是在STM32晶振管脚处接入外部晶振的方式获取时钟源，其中HSE和LSE是外部时钟源，其他的是内部时钟源。下面我们就按照上图中数字顺序来介绍。
（1）图标1中HSI是内部高速时钟，RC振荡器，频率为8MHz。可作为系统时钟或PLL锁相环的输入。
（2）图标2中HSE是外部高速时钟，可通过外接一个频率范围是4-16MHz的时钟或者晶振，HSE可以作为系统时钟和PLL锁相环输入，还可以经过128分频后输入给RTC。
（3）图标3中LSI是内部低速时钟，RC振荡器，频率大约为40K，可供独立看门狗和RTC使用，并且独立看门狗只能使用LSI时钟。
（4）图标4的LSE是外部低速时钟，通常在外部低速时钟管脚上外接一个32.768KHz的晶振，供RTC使用。

（5）图标5的PLL是锁相环，用于倍频输出，因为开发板外部高速晶振也只有8M，如果要使芯片的最大时钟频率是72M，可通过PLL锁相环来倍频。从图标5中可以看到，PLL时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2，时钟源经过2-16倍频后输入给PLLCLK，如果系统时钟选择由PLLCLK提供，则PLLCLK最大值不要超过72M。

那么它是怎么倍频产生72MHz系统时钟的呢？我们看到在主PLL内有倍频器和分频器，PLL时钟源的输入信号要先经过一个PLLMUL倍频器，将HSE或HSI倍频2-16后输入给PLLCLK，如果系统时钟源SYSCLK选择PLLCLK作为它的来源，则最大值不能超过72M。虽然可以做超频处理，但会打破系统的稳定性，这个是不划算的。假如PLLSRC的时钟来源由HSE提供，开发板使用的HSE是8M晶振，经过PLLMUL的9倍频后可以输出72M时钟频率给PLLCLK。
如果我们选择的HSE是PLL的时钟源，PLL是SYSCLK的时钟源，即SYSCLK为72MHz，这个也是我们库函数模板中SystemInit所配置的最终系统时钟。

上面简单介绍了下STM32的5个时钟源，那么它们是怎么给其他外设和系统提供时钟的呢？在上面时钟树图中常用的时钟用字母框起来，按照它们顺序依次介绍。
（A）MCO是STM32的一个时钟输出IO(PA8)，它可以选择一个时钟信号输出，可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE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。
（B）RTC时钟。从图中线的流向可知，RTC时钟来源可以是内部低速的LSI时钟，外部低速LSE时钟（32.768K），还可以通过HSE的128分频后得到。
（C）USB时钟。STM32中有一个全速功能的USB模块，其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源，该时钟源只能从PLL输出端获取，可以选择为1.5分频或者1分频，也就是当需要使用USB模块时，PLL必须使能，并且PLLCLK时钟频率配置为48MHz或72MHz。
（D）SYSCLK系统时钟。它是STM32中绝大部分部件工作的时钟源。它的时钟来源可以由HSI、HSE、PLLCLK提供，相信大家选择STM32F1这种高级芯片，都希望有一个比较大的时钟频率，因此选择PLLCLK作为系统时钟。PLLCLK又是从HSE或HSI经过PLL倍频得到。根据前面PLL计算关系大家就可以算出系统时钟是多少。
（E）其他所有外设。从时钟图上可以看出，其他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。这些模块包括：
①AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
②通过8分频后送给Cortex系统定时器时钟，即SysTick。
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)1、2倍频使用。
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。
⑥送给ADC分频器。ADC分频器经过2、4、6、8分频后送给ADC1/2/3使用，ADC最大频率为14M。
⑦二分频后送给SDIO使用。
其中需要理解的是APB1和APB2的区别，APB1上面连接的是低速外设，包括电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3等。APB2上面连接的是高速外设包括UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、GPIO等。
在时钟树图中我们还可以得到一个重要信息，大多数有关时钟输出部分都有一个使能控制，比如AHB总线、APB1外设、APB2外设、内核时钟等。当需要使用某个时钟的时候一定要开启它的使能，否则将不工作。在前面使用库函数点亮一个LED实验的时候就使能了GPIO的外设时钟，如果不开启，LED 将不工作。