詳解STM32時鐘

一、時鐘系統概述

時鐘是嵌入式系統中最重要的部分之一。在STM32中，時鐘系統可以分為系統時鐘、時鐘樹、PLL鎖相環以及分頻器這幾個部分。

系統時鐘負責提供基準時鐘信號，它主要由內部低速晶振LSE、高速晶振HSE以及相應的系統時鐘控制器RCC組成。時鐘樹負責將基準時鐘信號通過各種分頻、選擇電路最終形成各個模塊需要的時鐘信號。

PLL鎖相環可以通過內部晶振或者外部信號時鐘得到高頻時鐘信號，從而提高系統運行速度。分頻器則用於將時鐘信號分頻，提供給各個模塊使用。

二、系統時鐘控制器

在使用STM32時鐘系統前，需要先了解系統時鐘控制器RCC（Reset and Clock Control）的工作方式。RCC位於處理器外設區，主要功能是控制時鐘源的選擇和各個模塊的時鐘使能狀態。

STM32設備的時鐘源可以選擇為內部低速晶振LSE或高速晶振HSE，也可以通過PLL鎖相環或外部信號時鐘得到高頻時鐘信號。在進行系統時鐘切換時，需要先設置RCC的時鐘源。然後通過PLL鎖相環或分頻器將時鐘信號分配到各個模塊，這樣每個模塊都可以根據自己的需要選擇相應的時鐘。

三、時鐘樹

時鐘樹主要負責根據RCC的配置計算各個模塊的時鐘。在STM32中，可以通過配置RCC_CR、RCC_PLLCFGR等寄存器來控制時鐘分頻、倍頻、時鐘源選擇等參數。

/* Configure clock frequency to 180 MHz */
RCC->CR |= RCC_CR_HSION;  // Enable HSI internal oscillator
while(!(RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY)); // Wait for HSI ready flag

RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_HSI; // Select HSI as system clock
while(!(RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS_HSI)); // Wait for HSI selected as system clock

RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLSRC_HSI_DIV2; // PLL input clock = HSI/2
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLM_DIV2;   // PLLM = 2
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLN_MUL180; // PLLN = 180
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLP_DIV2;   // PLLP = 2
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLQ_DIV5;   // PLLQ = 5

RCC->CR |= RCC_CR_PLLON; // Enable PLL
while(!(RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY)); // Wait for PLL ready flag

RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL; // Select PLL as system clock
while(!(RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS_PLL)); // Wait for PLL selected as system clock

四、PLL鎖相環

PLL鎖相環是提高STM32系統性能的重要部分，它可以通過倍頻輸入信號來產生高頻時鐘信號。STM32中的PLL由一個VCO（Voltage Controlled Oscillator）和一個反饋電路組成，其輸出時鐘頻率可以通過改變倍頻器的時鐘倍率來調整。

PLL鎖相環的輸入時鐘有兩種類型：外部輸入時鐘和內部時鐘。當使用外部輸入時鐘時，需要注意時鐘頻率和STM32的數據手冊規定的最大值是否相符。當使用內部時鐘時，注意內部時鐘的頻率以及倍頻係數的選擇。

五、分頻器

分頻器可以將時鐘信號分頻為任何需要的頻率。在STM32中，分頻器的分頻比可以通過PSC和ARR兩個寄存器的值來控制。

/* Configure timer clock frequency to 100 kHz */
TIM2->PSC = 7199; // Prescaler = (F_CK / F_TIM) - 1
TIM2->ARR = 999;  // Auto-reload value = (F_TIM / F_PWM) - 1

以上代碼配置了一個定時器，其時鐘頻率為100kHz。

總結

STM32時鐘系統是嵌入式系統中最重要的部分之一。在使用時鐘系統時，需要了解系統時鐘控制器RCC、時鐘樹、PLL鎖相環以及分頻器的工作原理，根據具體應用場景進行相應的配置，以達到最優的性能。