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。

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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。

总结：

  • STM32时钟系统主要的目的就是给相对独立的外设模块提供时钟，也是为了降低整个芯片的耗能。

  • 系统时钟，是处理器运行时间基准（每一条机器指令一个时钟周期）

  • 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。

  • 一个单片机内提供多个不同的系统时钟，可以适应更多的应用场合。

  • 不同的功能模块会有不同的时钟上限，因此提供不同的时钟，也能在一个单片机内放置更多的功能模块。对不同模块的时钟增加开启和关闭功能，可以降低单片机的功耗。

  • STM32为了低功耗，他将所有的外设时钟都设置为disable(不使能)，用到什么外设，只要打开对应外设的时钟就可以， 其他的没用到的可以还是disable(不使能)，这样耗能就会减少。 这就是为什么不管你配置什么功能都需要先打开对应的时钟的原因

2 STM32时钟系统框图

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2.1 输入时钟源

STM32L4X系列有五个个独立时钟源：HSI、HSE、LSI、LSE、MSI

  • LSI（Low-Speed Internal RC Oscillator）：低速内部时钟，RC振荡器。

    通常工作在几十Khz范围内，用于一些低功耗模式下的定时器、RTC时钟或者看门狗定时器功能。

  • HSI（High-Speed Internal RC Oscillator）：高速内部时钟，RC振荡器

    高速内部RC振荡器，通常工作在几十兆赫兹的频率范围内。HSI时钟是STM32微控制器的主要时钟源之一，用于驱动处理器核心和大部分外设模块的正常运行。

  • LSE（Low-Speed External）：外部高速振荡器，可以连接到微控制器的晶体振荡器引脚（OSC_IN和OSC_OUT）。

    外部时钟振荡器一般采用晶体振荡器，他可以提供更高的准确性和稳定性。 但是同时成本也更高一些

  • HSE（High-Speed External）：一种用于提供低速时钟信号的外部时钟源。

    STM32微控制器中，LSE通常指的是外部32.768kHz晶体振荡器，因为它的频率正好是2的15次方，可以很方便地与RTC的预分频器相结合，从而实现精确的秒级时间计数。

  • MSI（Multi-Speed Internal RC Oscillator）：在STM32L4系列微控制器中引入的新型内部时钟源。

    MSI时钟源提供了多个可选的频率档位，可以根据应用的需求选择不同的频率，从数百千赫兹到数十兆赫兹不等。

2.2 输出时钟源

输出时钟源可以给其他外部连接设备（不是单片机片内）提供时钟源。

通过 System Core 中的 RCC 可以设置使能时钟输出功能。

  • MCO（Master Clock Output）：主要时钟输出（高速时钟输出）

  • LSCO（LSCO Clock Output）：低速时钟输出

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2.3 低速时钟作用

  • RTC（Real Time Clock）：在‌单片机中的作用是提供精确的时间基准，并确保在掉电后时间信息的连续性。

  • IWDG（Independent Watchdog）：独立看门狗，是一个关键的安全特性，旨在提高系统的可靠性和稳定性。

    IWDG的主要作用是监控微控制器的运行状态，防止因软件错误、外部干扰或其他异常情况导致的系统停滞或死机。当系统正常运行时，IWDG会定期被软件重置（即“喂狗”）。如果系统因为某种原因停止正常工作，软件将无法及时重置IWDG，导致IWDG超时并触发系统复位，从而使系统恢复到初始状态，避免长时间的停滞或错误状态。

2.4 CSS

CSS（Clock Safe System)：时钟安全系统。监视高速外部时钟HSE的工作状态。若HSE失效，会自动切换，会自动切换高速内部时钟HSI作为系统时钟的输入，保证系统的正常运行。一旦CSS被激活，并且HSE时钟出现故障，CSS中断就产生，并且NMI也自动产生。NMI将被不断执行，直到CSS中断挂起位被清除。

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2.5 PLL Source Mux

PLL（phase locked loop）锁相环是一种电路，可根据输入的参考时钟信号生成一个高频率的时钟信号输出。（倍频作用）

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2.6 SYSCLK

  • 指在STM32微控制器中用于驱动整个系统（应该也可以说是CPU）的时钟信号。它是所有内部模块和外设的时钟源，对于系统的正常运行至关重要。

  • Sysclk的频率和稳定性直接影响着处理器的运行速度、外设的工作性能以及整个系统的功耗。

2.7 AHB和HCLK

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AHB是什么？

AHB（Advanced High-performance Bus）是一种用于连接主要系统总线和高性能外设的总线架构，它是STM32微控制器中的主要系统总线之一，用于连接处理器核、内存和高带宽外设，如DMA控制器、高速存储器接口等

为什么会有AHB？

高性能需求：一些外设，比如DMA控制器、存储器接口等，需要更高的数据传输速度和带宽，而普通的总线无法满足这些要求。 分流系统负载：将外设的访问流量从主系统总线中分流出来，可以减轻主系统总线的负荷，提高整个系统的效率和性能。

AHB prescaler（AHB预分频器）

是用来设置Advanced High-performance Bus（AHB）时钟频率的寄存器。通过配置AHB预分频器，可以将系统时钟（SYSCLK）分频后得到AHB总线的工作频率。

HCLK（AHB Clock）

HCLK就是AHB 总线的时钟

2.8 APB和PCLK

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  • APB：APB代表高级外设总线（Advanced Peripheral Bus），是连接外设的总线。在STM32微控制器中，通常有两种类型的APB总线：APB1和APB2。

  • APB1：APB1主要连接低速外设

  • APB2：APB2主要连接高速外设

  • PCLK：APB1上的时钟为PCLK1，APB2上的时钟为PCLK2

参考

参考1：STM32的时钟介绍

时钟

https://blog.csdn.net/as480133937/article/details/98845509

https://blog.csdn.net/Wang2869902214/article/details/142423522

https://blog.csdn.net/weixin_74209413/article/details/138749590

https://www.eeworld.com.cn/mcu/hisic507546.html

滴答计时器

https://blog.csdn.net/qq_61984785/article/details/141267704

https://blog.csdn.net/yu132563/article/details/53414894

https://blog.csdn.net/xiaogu0322/article/details/78644302