STM32F103单片机时钟树结构图及时钟配置

Baekhyn0506 2023-01-19 9151

控制/MCU

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2.1 时钟树结构图

STM32属于Cortex-M3内核的单片机，时钟结构比之前的51单片机较复杂的多，根据数据手册，STM32F103的时钟结构如下图所示。

STM32F103

根据上图可以看到，STM32F103系列单片机具有4个时钟源，内部的8MHz时钟发生器，外部的晶体振荡器接口，最高支持16MHz，外部的32.768kHz晶体振荡器接口和内部的40kHz时钟发生器，其中32.768kHz和40kHz主要用于内部RTC时钟脉冲，8MHz的晶振通过PLL时钟倍乘器，将系统总线时钟提高为72MHz。

STM32F103系列内部具有2条外设时钟总线，APB1和APB2，其中APB2的时钟最高可达72MHz，APB1的时钟最高可达36MHz，通过配置对应的寄存器，就可以将CPU内核时钟提高到最大速度。

通过最小系统可以看到，我们使用外部高速晶体振荡器接口，外接8MHz晶振，RTC则是使用32.768kHz晶振，现在我们来通过数据手册来配置对应的寄存器位来配置APB2时钟达到72MHz，APB1时钟达到36MHz。

2.2 时钟配置

STM32F103

上图是ST公司推出的一款软件，这款软件可以自动生成寄存器代码，但是我们在这里只用到其中提供的时钟配置功能，通过上面的时钟结构，我们可以得到配置时钟的大概流程。

2.2.1 时钟配置流程

（1）开启HSE时钟接口，这个接口用于使能晶体振荡器输入端；

（2）设置PLL倍频系数为9，因为外接8MHz时钟，所以设置系数为9就可以轻松达到8×9=72MHz的时钟频率；

（3）设置时钟源为PLLCLK，因为HSE使用的时候可以发现最终的输出就是PLL时钟脉冲；

（4）设置APB1时钟总线的分频系数为2，因为APB1时钟总线最高频率只有36MHz；

（5）设置APB2时钟总线的分频系数为1。

2.2.2 相关寄存器

（1） 时钟控制寄存器 ：RCC_CR

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
-	PLLRDY	PLLON	-	CSSON	HSEBYP	HSERDY	HSEON
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
HSICAL[7:0]	HSITRIM[4:0]	-	HISRDY	HISON

Bit 25：PLL准备状态

0：PLL解锁

1：PLL锁定

Bit 24：PLL使能

0：PLL关闭

1：PLL打开

Bit 19：时钟安全系统开关

0：时钟保护关闭

1：时钟保护打开

Bit 18：HSE旁路（禁用HSE振荡器时才能写入）

0：HSE禁止旁路

1：HSE打开旁路

Bit 17：HSE准备状态

0：HSE未准备好

1：HSE准备完毕

Bit 16：HSE时钟使能

0：HSE时钟关闭

1：HSE时钟打开

Bit 15~ Bit 8：HSI校准值（这个值在启动的时候自动初始化）

Bit 7~ Bit 3：HSI微调（对其进行编程以适应电压和温度的变化影响内部HSI的频率。初始值16，步长约为40kHz）

Bit 1：HSI准备状态

0：HIS未准备好

1：HSI准备完毕

Bit 0：HSI时钟使能

0：HIS时钟关闭

1：HSI时钟开启

（2） 时钟配置寄存器 ：RCC_CFGR

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
-	MCO[2:0]	-	USBPRE	PLLMUL[3:0]	PLLXTPRE	PLLSRC
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
ADCPRE[1:0]	PPRE2[2:0]	PPRE1[2:0]	HPRE[3:0]	SWS[1:0]	SW[1:0]

Bit 26~Bit 24：芯片时钟输出

0xx：禁止输出

100：选择系统时钟SYSCLK

101：选择HSI时钟

110：选择HSE时钟

111：选择PLL分频输出（2分频）

Bit 22：USB时钟分频系数

0：PLL时钟1.5分频作为USB时钟

1：PLL时钟不分频作为USB时钟

Bit 21~Bit 18：PLL倍频系数

0000：2倍频

0001：3倍频

0010：4倍频

0011：5倍频

0100：6倍频

0101：7倍频

0110：8倍频

0111：9倍频

1000：10倍频

1001：11倍频

1010：12倍频

1011：13倍频

1100：14倍频

1101：15倍频

1110：16倍频

1111：16倍频

Bit 17：HSE输入分频器

0：HSE输入不分频

1：HSE输入2分频

Bit 16：PLL时钟选择（PLL处于禁止模式才能写入）

0：HSI时钟2分频作为PLL时钟输入

1：HSE作为PLL时钟输入

Bit 15~Bit 14：ADC分频系数

00：PCLK2分频系数为2

01：PCLK2分频系数为4

10：PCLK2分频系数为6

11：PCLK2分频系数为8

Bit 13~Bit 11：APB2分频系数（最高可达72MHz）

0xx：HCLK不分频

100：HCLK分频系数为2

101：HCLK分频系数为4

110：HCLK分频系数为8

111：HCLK分频系数为16

Bit 10~Bit 8：APB1分频系数（最高只能达到36MHz）

0xx：HCLK不分频

100：HCLK分频系数为2

101：HCLK分频系数为4

110：HCLK分频系数为8

111：HCLK分频系数为16

Bit 7~Bit 4：AHB总线预分频系数

0xxx：SYSCLK不分频

1000：SYSCLK分频系数为2

1001：SYSCLK分频系数为4

1010：SYSCLK分频系数为8

1011：SYSCLK分频系数为16

1100：SYSCLK分频系数为64

1101：SYSCLK分频系数为128

1110：SYSCLK分频系数为256

1111：SYSCLK分频系数为512

Bit 3~Bit 2：系统时钟选择状态

00：HSI作为系统时钟

01：HSE作为系统时钟

10：PLL作为系统时钟

11：保留

Bit 1~Bit 0：系统时钟选择

00：选择HSI作为系统时钟

01：选择HSE作为系统时钟

10：选择PLL作为系统时钟

11：保留

2.3 设置例程

配置STM32的时钟需要创建几个文件，这几个文件如下表所示。

文件目录	文件名	文件功能
./SYSTEM/sys	sys.c	时钟设置函数外部中断设置函数中断优先级设置函数
sys.h	数据类型定义
stm32f103x.h	定义寄存器结构定义寄存器地址定义中断编号

（1）创建上述三个文件，其中c文件添加进工程中，h文件包含进程序中，如下图所示。

STM32F103

（2）stm32f103x.h文件输入以下内容：

STM32F103

这个文件用于定义程序用到的所有寄存器的地址和结构体，是整个STM32程序的最基础的文件。

（3）sys.h输入以下内容

STM32F103

sys.h文件用于定义STM32的时钟配置和中断配置，以及后面的端口位操作模式。

（3）sys.c文件输入以下内容

void STM32_Clock_Init( u8 PLL )
{
   RCC->CR |= 0x00010000 ;              //外部高速时钟使能HSEON
  while( !( RCC->CR>>17 ) ) ;              //等待外部时钟就绪
  RCC->CFGR = 0x00000400 ;            //APB1=DIV2;APB2=DIV1;AHB=DIV1;
  PLL -= 2 ;                    //抵消2个单位(因为是从2开始的,设置0就是2)
  RCC->CFGR |= ( u32 )PLL<<18 ;            //设置PLL值 2~16
  RCC->CFGR |= 1<<16 ;              //PLLSRC ON
  FLASH->ACR |= 0x32 ;                //FLASH 2个延时周期
  RCC->CR |= 1<<24 ;                //PLLON
  while( ( RCC->CR&0x02000000 )!=0x02000000 ) ;    //等待PLL锁定
  RCC->CFGR |= 0x00000002 ;            //PLL作为系统时钟
  while( ( RCC->CFGR&0x0000000C )!=0x00000008 ) ;  //等待PLL作为系统时钟设置成功
}

这个文件的函数就是真正配置时钟的过程，可以对照之前描述的配置时钟的过程来看这段代码。

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