[嵌入式]4--STM32RCC时钟树

一、时钟系统结构

1–简述

复位和时钟控制器为STM32F429微控制器提供了内核和片上外设需要的工作时钟，RCC具有高度的时钟选择和配置的灵活性。STM32F429单片机内部时钟系统以时钟树的形式存在。（下图可能不太清楚，树可查看STM32F4xx中文参考手册低107页）

根据上面的图可以知道，用户在运行内核和外设时可选择使用外部晶振、内部振荡器或PLL（锁相环），也可为以太网、USB OTG FS，以及HS、I2S和SDIO等需要特定时钟的外设提供合适的时钟源。
看图这是我说一下，就是跟着箭头走，有节点的说明这两条线是连接的。可以走，大致意思就是这。

1.1 总线时钟

RCC可通过多个预分频器配置AHB、高速APB（APB2）和低速APB（APB1）。
AHB的最大允许频率为108M，APB2为90MHz，APB1为45MHz。

2时钟源

3–HSE时钟

HSE有以下两种输入方式：
1、外部晶振/陶瓷谐振器（无源电路）OSC_IN和OSC_OUT引脚上外接的晶振电路和内部谐振电路产生谐振输出信号，作为HSE供系统使用。
如图：

谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚，以尽量减小输出失真和起振稳定时间。负载电容值必须根据所选振荡器的不同做适当调整。负载电容一般选择22~33pF。
HSE电路工作需要先被使能，可通过RCC时钟控制寄存器（RCC_CR)中的HSEON位使能或禁止。
2、外部时钟(有源电路)。
在此模式下，可以旁路内部谐振电路，直接将外部时钟信号输入芯片内部作为HSE使用。通过将RCC时钟控制寄存器中的HSEBYP和HSEON位置1选择此模式。必须使用占空比约为50%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动OSCIN引脚，同时OSCOUT引脚应保持为高阻态，一般悬空。HSE时钟输入电路图如图所示。

4-- PLL配置

STM32F4系列微控制器的器件具有两个PLL，PLL内部结构图如图所示。

1.主PLL：

主PLL由HSE振荡器或HSI振荡器提供时钟信号，并具有两个不同的
输出时钟，
（1）第一个输出用于生成高速系统时钟(180MHz)。
（2）第二个输出用于生成USBOTG FS时钟（48MHz)、随机数发生器时钟（48MHz）和 SDIO时钟(48MHz)。

2.专用PLL（PLLI2S）

专用PLL（PLLI2S)用于生成精确时钟，在I2S接口可实现高品质音频性能（参考STM32F4手册）
由于在PLL使能后主PLL配置参数便不可更改，因此建议先对PLL进行配置，然后使能（选择IHIS振荡器时钟或HSE振荡器时钟作为PLL时钟源，并配置预分频系数M、N、P和Q)。
PLLI2S使用与主PLL相同的输入时钟（PLLM[5:O]和PLLSRC位为两个PLL所共用)。但
是，PLLI2S具有专门的使能/禁止和预分频系数（N和R）配置位。在PLLI2S使能后，配置参数便不能更改。
在进入停机和待机模式后，两个PLL将由硬件禁止，如将HSE振荡器时钟或PLLCLK(由
HSE振荡器提供时钟信号)用作系统时钟，则在HSE振荡器发生故障时，两个PLL也将由硬件禁止。RCC PLL配置寄存器（RCC PLLCFGR)和RCC时钟配置寄存器可分别用于配置主PLL和 PLLI2S.
选择HSE振荡器作为主PLL的输入源，PLLCLR-(HSE/AM)×N/P。

4—LSE时钟

低速外部时钟信号（L.SE)有以下2种电路连接方式。

1.外部晶振/陶瓷谐振器（无源电路）

LSE晶振是32.768kHz低速外部晶振或陶瓷谐振器，可作为实时时钟外设(RTC)的时钟源来提供时钟/日历或其他定时功能，LSE晶振具有功耗低且精度高的优点。
LSE晶振通过RCC备份域控制寄存器（RCC BDCR)中的LSEON位打开和关闭。通过检测RCC备份域控制寄存器中的LSERDY标志，可以知道L.SE晶振是否稳定。例如，在RCC时钟中断寄存器（RCC_CIR)中使能中断，LSE就可以产生中断请求。

2、外部时钟（有源电路）

此时内部LSE振荡电路被旁路，必须提供外部时钟源，最高频率不超过lMHz。此模式通过将RCC备份域控制寄存器中的LSEBYP和LSEON位置l进行选择。外部时钟必须使用占空比约为50%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动OSC32_IN引脚，
同时OSC32_OUT引脚应保持为高阻态。
总结：

5–LSI时钟

LSIRC振荡器可作为低功耗时钟源在停机和待机模式下保持运行，供独立看门狗IWDG)
和自动唤醒单元（AWU)使用。LSI时钟频率在32kHz左右。
LSIRC振荡器可通过RCC时钟控制和状态寄存器(RCC_CSR)中的LSION位打开或关闭。
RCC时钟控制和状态寄存器中的LSIRDY标志指示低速内部振荡器是否稳定。在启动时，硬件将此位置1后，LSI时钟才可以使用。若在RCC时钟中断寄存器中使能中断，则LSI就绪后可产生中断。

6–时钟输出功能

RCC共有两个微控制器时钟输出（MCO)引脚，

1.MCO1

用户可通过可配置的预分频器（1~5)向MCO1引脚（PA8)输出4个不同的时钟源：HSI
时钟、LSE时钟、HSE时钟、PLL时钟。用户所需的时钟源通过RCC时钟配置寄存器中的MCO1PRE[2:0]和MCO1[1:0]位选择。

2.MCO2

用户可通过可配置的预分频器（1~5)向MCO2引脚（PC9)输出4个不同的时钟源：HSE
时钟、PLL时钟、系统时钟、PLLI2S时钟。
用户所需的时钟源通过RCC时钟配置寄存器中的MCO2PRE[2:0]和MCO2位选择。对于不同的MCO引脚，必须将相应的GPIO端口在复用功能模式下进行设置。MCO输出时钟频率不得超过100MHz。
总结：

PLL时钟系统配置步骤及常用库函数

在微控制器中的使用过程中，一般使用PLLCLK作为系统时钟，并选择HSE振荡器时钟作为PLL的输入参考时钟。

1–PLL时钟系统配置步骤

以使用HSE振荡器时钟作为PLL时钟源为例，PLL时钟系统的配置步骤如下。
(1)开启HSE振荡器，并等待HSE振荡器稳定。
如果当前微控制器正在使用PLLCLK作为系统时钟，则需要将系统时钟源切换到HSE振荡器时钟(或其他），然后关闭PLL；否则，在PLL运行期间，PLL不能配置成功。
(2)设置AHB、APB2、APB1的预分频系数。
(3）设置PLL的参数。
设置VCO输入时钟预分频系数M。
设置VCO输出时钟倍频系数N。
设置PLLCLK时钟预分频系数P。
设置OTG FS、SDIO、RNG时钟预分频系数Q。
PLLCLK输出频率计算公式：SYSCLK=(HSE×NMD/P。
(4)开启PLL，并等待PLL稳定。
(5)将PLLCLK切换为系统时钟。
(6）读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟。
在此过程涉及的寄存器有：RCC时钟控制寄存器[步骤(1)、(4)]、RCC PLL配置寄存器
[步骤（3)]、RCC时钟配置寄存器[步骤（2）、（5)、（6)]。

2–常用库函数

与RCC相关的函数和宏都被定义在以下两个文件中。
头文件：stm32f4xx_rcc.h。
源文件：stm32f4xx_rcc.c。

1.时钟使能配置函数

控制片上外设时钟的使能或禁止，只有工作时钟被使能，片上外设才能工作。对于片上外设来讲，其初始化的第一步是时钟使能。片上外设的时钟信号大都来自AHB1、AHB2、APB1和APB2四条总线的时钟。涉及以下函数：
(1)AHB1总线片上外设时钟使能。

RCC_AHB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState);

参数1:uint32_t RCC_AHB1Periph，时钟使能对象，以宏定义形式定义在stm32f4xx_rcc.h文件中。


参数1：uint32.t RCC_AHB2Periph，时钟使能对象，以宏定义形式定义在 stm32f4xx rc.h文件中。

#define RCC_AHB2Periph_DCMI     ((uint32_t)0x00000001)
#define RCC_AHB2Periph_CRYP     ((uint32_t)0x00000010)
#define RCC_AHB2Periph_HASH     ((uint32_t0)0x00000020)
#define RCC_AHB2Periph_RNG       ((uint32_t)0x00000040)
#define RCC_AHB2Periph _OTG FS   ((uint32_t)0x00000080)

操作的是RCC AHB2外设时钟使能寄存器（RCCAHB2ENR)，功能同函数 RCC_AHBIPeriphClockCmd。
参数2：FunctionalState NewState，使能(ENABLE）或禁止（DISABLE）时钟。
例如，通过将RCC AHB2ENR的位6.置位，使能RNG的时钟。

RCC_ AHBIPeriphClockCmd (RCC_ AHB2Periph_RNG,ENABLE);

RCC_APB1 PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);参数1:uint32 t RCC APB1Periph，时钟使能对象，以宏定义形式定义在stm32f4xx rcc.h文件中。

#define RCC_APB1Periph_TIM2      ((uint32_t)0x00000001)
#define RCC_APBIPeriph_TIM3       ((uint32_t)0x00000002)
#define RCC_APB1Periph_UART8     ((uint32_t)0x80000000)

操作的是RCC APB1外设时钟使能寄存器（RCC_APB1ENR)，功能同函数RCC_AHB1PeriphClockCmd。
参数2:FunctionalState NewState，使能（ENABLE）或禁止(DISABLE）时钟。
例如，通过将RCC_APB1ENR的位0置位，使能TIM2的时钟。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);

(4)APB2总线片上外设时钟使能。

RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);

参数1:uint32_t RCC_ APB2Periph，时钟使能对象，以宏定义形式定义在stm32f4xx rcc.h文件中。

#define RCC_APB2Periph_ TIM1    ((uint32_t)0x00000001)
#define RCC_APB2Periph_ TIM8    ((uint32_t)0x00000002)
#define RCC_APB2Periph_LTDC     ((uint32_t)0x04000000)

操作的是RCCAPB2外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)，功能同函数
RCC_AHB1PeriphClockCmd。
参数2:FunctionalState NewState，使能(ENABLE）或禁止(DISABLE）时钟。
例如，通过将RCC_APB2ENR的位0置位，使能TIM1的时钟。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC APB2Periph_ TIM1,ENABLE);

2.配置系统时钟源函数

void RCC_SYSCLKConfig(uint32 t RCC_SYSCLKSource)

参数：uint32_t RCC_SYSCLKSource， 时钟源， 定义在 stm32f4xx_rcc.h 文件中。

#define RCC_SYSCLKSource_HSI        ((uint32_t)0x00000000)
#define RCC_SYSCLKSource_HSE        ((uint32_t)0x00000001)

#define RCC_SYSCLKSource_PLLCLK     ((uint32_t)0x00000002)

后面还有不少，可以去查看数据手册。函数就不一一说明了，上面这部分理解了，剩下的接没啥问题了。
总结：

实例

主函数main

int main(void)
{
	u8 flag=0;
	delay_init();  //初始化延时函数					
	// LED 端口初始化 
	LED_Config();
/*初始化按键*/
Key_Config();	
while (1)
{
if( Key_Scan(GPIOA,GPIO_Pin_0) == KEY_ON  )
{
flag=~flag;
if(flag)
  HSE_SetSysClock(25, 180, 2, 9);//系统时钟切换到到90M，最高是216M
else
  HSE_SetSysClock(25, 360, 2, 9);//系统时钟切换到到180M，最高是216M
}
		
LED_ON ;	            // LED等亮 
delay_ms(500);
LED_OFF;		  // LED等灭
delay_ms(500);
}
}

RCC_CLCK配置代码

#include "bsp_clkconfig.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"


void SetSysClock_HSE(uint32_t m, uint32_t n, uint32_t p, uint32_t q)	
{
  __IO uint32_t HSEStartUpStatus = 0;
  /*-------------------第1步--------------------*/
  RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);	// 使能HSE，开启外部晶振
  HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();// 等待HSE启动稳定
  if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)//判断HSE是否启动成功，不成功的话，出错处理
  {
    	/*在程序运行中更改系统时钟的话需要先将时钟源切换到其他，并关闭PLL，再进行PLL配置*/
		RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_HSE); // 将系统时钟切换到HSE
		while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x04) // 判断HSE是否被选为系统时钟
		{
		}
		RCC_PLLCmd(DISABLE);//禁止PLL
/*-------------------第2步--------------------*/
		RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); // HCLK = SYSCLK / 1
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2); // PCLK2 = HCLK / 2
		RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4); // PCLK1 = HCLK / 4
/*-------------------第3步--------------------*/
		RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE, m, n, p, q); // 配置PLL
/*-------------------第4步--------------------*/
		RCC_PLLCmd(ENABLE); // 使能PLL
	    while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) // 等待 PLL稳定
   		{
  		}   

		/*--------开启 OVER-RIDE模式，以能达到更高频率---------*/
    PWR->CR |= PWR_CR_ODEN;
    while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODRDY) == 0)
    {
    }
    PWR->CR |= PWR_CR_ODSWEN;
    while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODSWRDY) == 0)
    {
    }      
    /*--------配置FLASH预取指,指令缓存,数据缓存和等待状态---------*/
    FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN 
		            | FLASH_ACR_ICEN 
		            | FLASH_ACR_DCEN 
		            | FLASH_ACR_LATENCY_5WS;

/*-------------------第5步--------------------*/
	RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); //把PLL时钟切换为系统时钟
/*-------------------第6步--------------------*/
    while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08) //判断PLLCLK是否被选为系统时钟
    {
    }
  }
  else // HSE启动出错处理
  { 
    while (1)
    {
    }
  }
}


/*
 * 使用HSI时，设置系统时钟的步骤
 * 1、开启HSI ，并等待 HSI 稳定
 * 2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
 * 3、设置PLL的时钟来源
 *    设置VCO输入时钟 分频因子        m
 *    设置VCO输出时钟 倍频因子        n
 *    设置SYSCLK时钟分频因子          p
 *    设置OTG FS,SDIO,RNG时钟分频因子 q
 * 4、开启PLL，并等待PLL稳定
 * 5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
 * 6、读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
 */

/*
 * m: VCO输入时钟 分频因子，取值2~63
 * n: VCO输出时钟 倍频因子，取值192~432
 * p: PLLCLK时钟分频因子  ，取值2，4，6，8
 * q: OTG FS,SDIO,RNG时钟分频因子，取值4~15
 * 函数调用举例，使用HSI设置时钟
 * SYSCLK=HCLK=180M,PCLK2=HCLK/2=90M,PCLK1=HCLK/4=45M
 * HSI_SetSysClock(16, 360, 2, 7);
 * HSE作为时钟来源，经过PLL倍频作为系统时钟，这是通常的做法
 
 * 系统时钟超频到216M爽一下
 * HSI_SetSysClock(16, 432, 2, 9);
 */

void HSI_SetSysClock(uint32_t m, uint32_t n, uint32_t p, uint32_t q)	
{
  __IO uint32_t HSIStartUpStatus = 0;
	
	// 把RCC外设初始化成复位状态
  RCC_DeInit();
  
  //使能HSI, HSI=16M
	RCC_HSICmd(ENABLE);
	
  // 等待 HSI 就绪
	HSIStartUpStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY;
	
	// 只有 HSI就绪之后则继续往下执行
  if (HSIStartUpStatus == RCC_CR_HSIRDY)
  {
    // 调压器电压输出级别配置为1，以便在器件为最大频率
		// 工作时使性能和功耗实现平衡
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
    PWR->CR |= PWR_CR_VOS;
		
		// HCLK = SYSCLK / 1
		RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
		
		// PCLK2 = HCLK / 2
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2);
		
		// PCLK1 = HCLK / 4
		RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4);
		
    // 如果要超频就得在这里下手啦
		// 设置PLL来源时钟，设置VCO分频因子m，设置VCO倍频因子n，
		//  设置系统时钟分频因子p，设置OTG FS,SDIO,RNG分频因子q
		RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI, m, n, p, q);
		
		// 使能PLL
		RCC_PLLCmd(ENABLE);
  
	  // 等待 PLL稳定
    while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
    {
    }   

/*-----------------------------------------------------*/
    //开启 OVER-RIDE模式，以能达到更高频率
    PWR->CR |= PWR_CR_ODEN;
    while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODRDY) == 0)
    {
    }
    PWR->CR |= PWR_CR_ODSWEN;
    while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODSWRDY) == 0)
    {
    }      
    // 配置FLASH预取指,指令缓存,数据缓存和等待状态
    FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN 
		            | FLASH_ACR_ICEN 
		            |FLASH_ACR_DCEN 
		            |FLASH_ACR_LATENCY_5WS;
/*-----------------------------------------------------*/
		
		// 当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

    // 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
    while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
    {
    }
  }
  else
  { // HSI启动出错处理
    while (1)
    {
    }
  }
}


// MCO1 PA8 GPIO 初始化
void MCO1_GPIO_Config(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  
  // MCO1 GPIO 配置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;  
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 
}

// MCO2 PC9 GPIO 初始化
void MCO2_GPIO_Config(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
  
  // MCO2 GPIO 配置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;  
  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}

按键

  
#include "bsp_key.h" 
#include "delay.h"


/**
  * @brief  配置按键用到的I/O口
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Key_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	/*开启按键GPIO口的时钟*/
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);
	
  /*选择按键的引脚*/
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1; 
  
  /*设置引脚为输入模式*/
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN; 
  
  /*设置引脚不上拉也不下拉*/
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
	
  /*使用上面的结构体初始化按键*/
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
  
}

/**
  * @brief   检测是否有按键按下     
  *	@param1 	GPIO_TypeDef* GPIOx: 具体的端口, x可以是（A...K） 
	*	@param2 	uint16_t GPIO_Pin  : 具体的端口位， 可以是GPIO_PIN_x（x可以是0...15）
	*	@param3 	uint8_t Key_Lvl    : 按键的有效电平，‘0’表示低电平有效，‘1’表示高电平有效
  * @retval  按键的状态
  *		@arg KEY_ON:按键按下
  *		@arg KEY_OFF:按键没按下
  */
uint8_t Key_Scan(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin,uint8_t Key_Lvl)
{			
	/*检测是否有按键按下 */
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx,GPIO_Pin) == Key_Lvl ) //第一次检测有效电平
	{	 		
		delay_ms(10);//去抖动
		if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx,GPIO_Pin) == Key_Lvl) //第二次检测有效电平   
			return 	KEY_ON;//确认有效按键动作返回	 
		else
			return  KEY_OFF;//无有效按键动作返回
	}
	else
		return  KEY_OFF; //无有效按键动作返回
}

/*********************************************END OF FILE**********************/