一、时钟简介

1. 什么是时钟？

**时钟是单片机运行的基础，时钟信号推动单片机内各个部分执行相应的指令。**时钟系统就是CPU的脉搏，决定cpu速率，像人的心跳一样只有有了心跳，人才能做其他的事情，而单片机有了时钟，才能够运行执行指令，才能够做其他的处理 (点灯，串口，ADC)，时钟的重要性不言而喻。

参考：CSDN博主【Z小旋】的博客【STM32】系统时钟RCC详解(超详细，超全面)

2. 为什么 STM32 要有多个时钟源呢？

STM32本身十分复杂，外设非常多但我们实际使用的时候只会用到有限的几个外设，使用任何外设都需要时钟才能启动，但并不是所有的外设都需要系统时钟那么高的频率，为了兼容不同速度的设备，有些高速，有些低速，如果都用高速时钟，势必造成浪费并且，同一个电路，时钟越快功耗越快，同时抗电磁干扰能力也就越弱，所以较为复杂的MCU都是采用多时钟源的方法来解决这些问题。所以便有了STM32的时钟系统和时钟树。

二、时钟树示意图简介

首先放出时钟树示意图如下所示：
在这里插入图片描述
看似庞大的时钟树，我们对它分一下块（时钟 + 锁相环 + 外设），情况就会变得简单：

上图中，时钟①②③④ + 锁相环都是能产生时钟的部分，另外还有左下角没框出来的一堆如ETH_MI_TX_CLK_MII等可以产生时钟的器件，但它们不重要，暂时不考虑。

除了时钟+锁相环外，其他的基本都是外设，也就是接收并使用时钟的外部设备。如果没有时钟供应的话，单片机上的所有设备都是不能工作的。

除时钟、锁相环、外设以外，还有两种比较重要的设备：

① 分频器：
在这里插入图片描述
形如这个写着**/2到31**的方框，就是一个分频器，表示它可以将一个频率为f的时钟信号，转化为 f/2 ~ f/31 区间内任意频率大小的时钟信号。

② 选择器：
在这里插入图片描述
形如上图中的梯形，就是一个选择题，它从右边四个输入中选择一个，并在左边进行输出。

三、时钟①②③④+锁相环的介绍

1. 时钟①②③④的介绍

时钟①： LSI，低(Low)速(Speed)内部(Inter)时钟，由RC振荡器产生，频率为32kHZ左右，频率不稳定，供独立看门狗和自动唤醒单元使用。

时钟②： LSE，低(Low)速(Speed)外部(Extern)时钟，由32.768kHZ的石英晶体产生，频率比较稳定，主要是 RTC(实时时钟Real_Time_Clock) 的时钟源。

时钟③： HSE，高速外部时钟，可由晶振或外部时钟源产生，频率范围为 4MHz~26MHz，可以直接作为系统时钟(图中的SYSCLK)或者 PLL(锁相环) 输入。

时钟④： HSI，高速内部时钟，由RC振荡器产生，频率为16MHZ，可以直接作为系统时钟或者用作 PLL(锁相环) 输入。

2. 锁相环(PLL)的介绍

2.1中介绍过，HSE和HSI都可作为锁相环的输入，那么锁相环在接收到这个时钟输入以后，做了什么呢？

通俗来讲，锁相环就是接受一个时钟输入，然后经过分频、倍频等操作，生成一个具有新频率的时钟信号，再输出出来。

下面我们对一个锁相环进行分析：
在这里插入图片描述
如上图所示，最右边的选择器选择一个时钟信号 f ，然后 f 向左经过分频器，得到 f / M，这就是锁相环的输入，此处记作 C = f / M；

C在锁相环中经过 压控振荡器(VCO) 或 倍频器(xN)，得到一个具有新频率的时钟信号，我们此处以经过倍频器为例，得到 C x N，再向右经过三个分频器(/P，/Q，/R)中的任意一个(其实这个锁相环并没有在/R处设置输出，所以起作用的分频器只有/P和/Q两个)，此处以经过/P为例，得到输出①为 C x N / P。

综上所述，频率为f的时钟信号经过分频器、锁相环后得到的输出时钟信号的频率计算公式为：

outF = (f / M) x N / P

3. STM32F4为什么有两个锁相环？

在这里插入图片描述
位于上方的锁相环①，叫做主PLL，输出的时钟信号可用于多种外设。
位于下方的锁相环②，叫做专用PLL，它是专门为I2S提供稳定、精确的时钟信号的(I2S对时钟信号要求较高)。

四、如何在程序中配置时钟

1. RCC寄存器

RCC(Reset and Clock Control)寄存器，汉语名称为复位和时钟控制寄存器，顾名思义，它既能控制时钟源的使能，也能控制外设时钟的使能，同时还能对外设进行复位。

在程序中配置时钟，实际上就是要配置RCC寄存器。

2. 如何配置RCC寄存器

在 STM32F4 标准固件库里，RCC相关函数控制着时钟源的选择以及时钟使能等，且这些函数都是在 RCC 相关固件库文件 stm32f4xx_rcc.h 和 stm32f4xx_rcc.c 中声明和定义的。

这些函数大致可以归结为三类(以下有第四类，但不常用)：
① 一类是外设时钟使能函数;
② 一类是时钟源和分频因子配置函数，也就是配置选择器和分频器;
③ 还有一类是外设复位函数;
④ 最后还有少数几个获取时钟源配置的函数。

解释：

要想使用一个外设，就必须对外设的时钟进行使能，这对应上述①；
对外设时钟进行使能后，必须给它提供时钟信号，这就要使能时钟源，同时可能需要使能选择器和分频器，这对应上述②；
如果外设出现了问题，要进行复位，这对应上述③；
如果要知道某个时钟源的当前频率，这就要知道它的当前配置，这对应上述④。

2.1 如何使能外设时钟？

STM32F4共有五条总线 (AHB1、AHB2、AHB3、APB1、APB2) ，每条总线都挂载了一定数量的外设。

要想使能外设时钟，首先要知道这个外设挂在哪条总线下，比如GPIOA的所有引脚都挂在AHB1下，那么我们要对连接到GPIOA的外设时钟进行使能，就要调用如下函数：

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能 GPIOA 时钟

STM32F4的RCC固件库共给出了五个外设时钟使能函数，如下所示，分别对应着五条总线：

void RCC_AHB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_AHB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB2Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_AHB3PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB3Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);

查到外设在哪条总线下后，调用相应函数即可。

2.3 如何使能时钟源？

时钟源使能函数共有六个：

void RCC_HSICmd(FunctionalState NewState);
void RCC_LSICmd(FunctionalState NewState);
void RCC_PLLCmd(FunctionalState NewState);
void RCC_PLLI2SCmd(FunctionalState NewState);
void RCC_PLLSAICmd(FunctionalState NewState);
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);

比如我们要使能PLL，那么就要如下调用：

RCC_PLLCmd(ENABLE);

【STM32F4】一、STM32F4的时钟树

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