RCC时钟基础知识和常见问题

RCC，Reset and Clock Control（复位和时钟控制），在绝大部分MCU芯片中都包含复位和时钟控制模块，也是MCU重要的组成部分。

相比于以前51单片机，现在STM32内部集成的时钟模块功能更加丰富，包含时钟选择、倍频、输出、外设总线时钟配置等。

STM32 时钟基础内容

STM32时钟树具有多项功能，可通过分频和倍频配置系统以及外设的时钟频率，不同型号STM32的时钟树有所不同。

1. 时钟源

STM32的时钟源分为高速、低速两类时钟，同时也分内部和外部。

HSE：High Speed External，高速外部

HSI：High Speed Internal，高速内部

LSE：Low Speed External ，低速外部

LSI：Low Speed Internal，低速内部

HSE时钟有两类时钟源：

外部晶振/陶瓷谐振器

外部用户时钟

谐振器和负载电容要求必须尽可能地靠近振荡器的引脚，减少失真和起振时间。外部用户时钟必须使用占空比约为 50% （左右）外部时钟信号来驱动 OSC_IN 引脚，同时 OSC_OUT 引脚应保持为高阻态。

2. 时钟选择

STM32高速时钟默认为高速内部时钟（HSI），如果外接有HSE，可通过软件配置选择HSE。

低速内部时钟（LSI）默认是关闭的，如果需要使用速度时钟，可通过软件选择并开启LSI，也可以选择使用LSE。

不管是高速还是低速，在不考虑硬件成本的前提下，建议使用精度更高，误差更小的外部（HSE、LSE）时钟。

3. 时钟源输出

STM32支持MCO引脚输出时钟信号，供外部器件使用，同时可通过示波器来测量内部的各项时钟。

输出时钟信号可选择（HSE、LSE、 PLLCLK）不同来源的信号，同时也支持配置分频值，这样就可以尽量满足输出时钟要求。

4. 时钟分频和倍频

STM32的分频和倍频功能非常强大，可将时钟源通过分频与倍频技术，使各APB总线时钟频率配置为指定值，供各外设使用。

重点就是PLL（锁相环）的几个参数：PLL_M、PLL_N、PLL_P、PLL_Q，也就是倍频、分频因子。

STM32系统时钟频率理论上可以超过官方指定的最大值，比如：STM32F103最大72M，你倍频为96M也可能正常工作，但实际应用存在风险。

5. 时钟安全系统

STM32的还有一个重要的功能，就是时钟安全系统。如果使能了该功能，HSE 时钟发生故障，将生成一个中断来向软件通知此故障，同时，系统时钟将切换到 HSI 。

通过STM32时钟树，可以一目了然STM32时钟的功能，比如STM32F4系列时钟树：

更多关于STM32时钟的信息，可以参看芯片对应的参考手册。

STM32 时钟常规配置

STM32 系统时钟配置在上电之后，初始化外设之前就要做的一件事。重点配置的内容就是上面提到的基础内容，时钟选择、倍频分频，以及系统和外设的时钟频率等。

1. 标准外设库配置时钟

STM32F0、 F1、 F2、 F3、 F4、 L1系列都有标准外设库，如果外部高速时钟频率和官方一致，就可以直接使用标准外设库中的代码。

地址：

https://www.st.com/en/embedded-software/stm32-standard-peripheral-libraries.html

具体为system_stm32fxxx.c中的 SystemInit 和 SetSysClock 函数。

如果你的外部高速时钟频率和代码不对应，需要修改对应的参数。比如：STM32F407外部晶振频率默认25M，如果你硬件使用12M，则需要修改分频和倍频值（也就是那几个决定时钟频率的参数）。

2. STM32CubeMX配置时钟

使用STM32CubeMX配置时钟，通过图形化界面，一目了然，非常方便。如果配置错误，还会有“紫色”提醒。

比如：STM32F407时钟树配置：

生成的代码默认在 main.c 文件中的 SystemClock_Config 函数。

提示：分频和倍频因子的值不能太大，也不能大小，建议参考官方例程的参考值。

STM32 时钟常见问题

STM32时钟模块一旦出问题就可能引起系统的不正常工作，特别是对时钟敏感的部分。比如：定时器、串口波特率、I2C时钟等。

问题一：主频变慢问题

主频，指CPU的时钟频率，或者系统时钟。主频变慢通常表现为程序运行慢、卡顿、通信异常等。

通常引起主频变慢的原因有：

时钟源选择不对；

外时钟振频率和软件配置不对；

分频和倍频因子不对；

外部晶振电路不对；

测量主频是否变慢，最直接的方法是通过配置MCO，输出内部PLLCLK时钟（或HSE时钟），用示波器（或逻辑分析仪）测量其频率。

问题二：外设总线APB时钟不同的问题

看到很多人遇到过这样的问题：TIM定时快（或慢）一半。

这个问题的原因：STM32的APB时钟存在“x2”的问题。

也就是说：如果APB分频值等于1，则x1；APB分频值不等于1，则x2。用一张动画来说明：

因此，移植代码的时候，一定要注意时钟源（频率），否则就会快（或慢）一倍的问题。

问题三：外部高速时钟失效的问题

STM32通常会使用外部晶振作为高速时钟，如果外部时钟失效，程序可能表现为“卡顿”的现象。

出现这个问题有可能是外界环境干扰，或者晶振质量问题。此时，应该使能CSS（Clock Security System）时钟安全系统功能。

使能CSS功能之后，可以做到：

程序进入 NMI 中断，通过程序判断 HSE 是否失效；

切换到 HSI 作为时钟源，重新配置时钟并启动程序；

这样就能让“死程序”变活，然后程序照常执行。

提示：CSS功能默认是关闭的。标准外设库中系统初始化代码默认配置开启CSS，STM32CubeMX默认配置是关闭的。

复盘一下

▼时钟基础内容：时钟源、时钟选择、时钟源输出、时钟分频和倍频、时钟安全系统；

▼时钟常规配置：标准外设库和STM32CubeMX配置时钟；

▼时钟常见问题：主频变慢问题、APB时钟不同的问题、外部高速时钟失效的问题；