第一節(jié) 概述

時鐘樹的概念可以類比于人體的心臟和血液循環(huán)系統(tǒng)。就像心臟通過周期性的收縮將血液泵向身體各處一樣，MCU的運(yùn)行依賴于周期性的時鐘脈沖來驅(qū)動。這些脈沖通常由外部晶體振蕩器提供時鐘輸入，并最終轉(zhuǎn)換為多個外部設(shè)備的周期性運(yùn)作。這種時鐘“能量”的傳遞路徑類似于大樹的養(yǎng)分由主干流向各個分支，因此被稱為時鐘樹。

STM32內(nèi)部也是由多種多樣的電路模塊組合在一起實現(xiàn)的。當(dāng)一個電路越復(fù)雜，在達(dá)到正確的輸出結(jié)果前，它可能因為延時會有一些短暫的中間狀態(tài)，而這些中間狀態(tài)有時會導(dǎo)致輸出結(jié)果會有一個短暫的錯誤，這叫做電路中的“毛刺現(xiàn)象”，如果電路需要運(yùn)行得足夠快，那么這些錯誤狀態(tài)會被其它電路作為輸入采樣，最終形成一系列的系統(tǒng)錯誤。為了解決這個問題，在單片機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)計時以時序電路控制替代純粹的組合電路，在每一級輸出結(jié)果前對各個信號進(jìn)行采樣，從而使得電路中某些信號即使出現(xiàn)延時也可以保證各個信號的同步，可以避免電路中發(fā)生的“毛刺現(xiàn)象”，達(dá)到精確控制輸出的效果。

由于時序電路的重要性，因此在MCU設(shè)計時就設(shè)計了專門用于控制時序的電路，在芯片設(shè)計中稱為時鐘樹設(shè)計。由此設(shè)計出來的時鐘，可以精確控制我們的單片機(jī)系統(tǒng)。對于STM32WLE5，正常工作的主頻可以達(dá)到48Mhz，但并不是所有外設(shè)都需要系統(tǒng)時鐘這么高的頻率，比如看門狗以及RTC只需要幾十Khz的時鐘即可。同一個電路，時鐘越快功耗越大，同時抗電磁干擾能力也會越弱，所以對于較為復(fù)雜的MCU一般都是采取多時鐘源的方法來解決這些問題。

STM32本身非常復(fù)雜，外設(shè)非常的多，為了保持低功耗工作，STM32的主控默認(rèn)不開啟這些外設(shè)功能。用戶可以根據(jù)自己的需要決定STM32芯片要使用的功能，這個功能開關(guān)在STM32主控中也就是各個外設(shè)的時鐘。

第二節(jié) 時鐘源

對于STM32，輸入時鐘源主要包括HSI，HSE，LSI，LSE。其中，從時鐘頻率來分可以分為高速時鐘源和低速時鐘源，其中HSI和HSE是高速時鐘，LSI和LSE 是低速時鐘。從來源可分為外部時鐘源和內(nèi)部時鐘源，外部時鐘源就是從外部通過接晶振的方式獲取時鐘源，其中HSE和LSE是外部時鐘源；其他是內(nèi)部時鐘源，芯片上電即可產(chǎn)生，不需要借助外部電路。兩個外部時鐘源建議使用外部晶振產(chǎn)生，這樣的時鐘精度高且穩(wěn)定。

以下是各時鐘源的說明：

1，高速外部振蕩器HSE (High Speed External Clock signal)：外接石英/陶瓷諧振器，頻率為4MHz~32MHz。

2，低速外部振蕩器LSE (Low Speed External Clock signal)：外接32.768kHz石英晶體，主要作用于RTC和IWDG的時鐘源。

3，高速內(nèi)部振蕩器HSI(High Speed Internal Clock signal)：由內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生，頻率為16MHz。

4，低速內(nèi)部振蕩器LSI(Low Speed Internal Clock signal)：由內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生，頻率為31~32kHz。

芯片上電時默認(rèn)由內(nèi)部的HSI時鐘啟動，如果進(jìn)行了硬件和軟件的配置，芯片才會根據(jù)配置調(diào)試嘗試切換到對應(yīng)的時鐘源

第三節(jié) 鎖相環(huán)

鎖相環(huán)是自動控制系統(tǒng)中常用的一個反饋電路，在STM32主控中，鎖相環(huán)的作用主要有兩個部分：輸入時鐘凈化和倍頻。前者是利用鎖相環(huán)電路的反饋機(jī)制實現(xiàn)，后者我們用于使芯片在更高且頻率穩(wěn)定的時鐘下工作。如圖所示:

PLL時鐘的時鐘源要先經(jīng)過一個分頻系數(shù)為PLLM的分頻器，然后經(jīng)過倍頻系數(shù)為N的倍頻器出來之后的時候還需要經(jīng)過一個分頻系數(shù)為P或者Q或者R的分頻器分頻之后，最后才生成最終的主PLL時鐘。

例如我們的外部晶振選擇32MHz。同時我們設(shè)置相應(yīng)的分頻器PLLM=8，倍頻器倍頻系數(shù)N=6，分頻器分頻系數(shù)R=2，那么PLL輸出高速時鐘PLLP為：32MHZ/2*6/2，即48MHZ。

第四節(jié) 系統(tǒng)時鐘

STM32的系統(tǒng)時鐘SYSCLK為整個芯片提供了時序信號。講解PLL作為系統(tǒng)時鐘時，講到了如何把主頻通過PLL設(shè)置為48MHz。從時鐘樹圖可知，AHB、APB1、APB2、內(nèi)核時鐘等時鐘通過系統(tǒng)時鐘分頻得到。根據(jù)得到的這個系統(tǒng)時鐘，下面我們結(jié)合外設(shè)來看一看各個外設(shè)時鐘源：

可以看到，系統(tǒng)時鐘輸入源可選時鐘信號有外部高速時鐘HSE32、內(nèi)部高速時鐘HSI16、經(jīng)過倍頻的PLLCLK和MSI。這里選擇PLLCLK作為系統(tǒng)時鐘，此時系統(tǒng)時鐘的頻率為48MHz。之后變成APB1，APB2和APB3。

第五節(jié) 時鐘輸出

MCO時鐘輸出的作用是為外部器件提供時鐘。STM32允許通過設(shè)置，通過MCO引腳輸出一個穩(wěn)定的時鐘信號。

MCO時鐘輸出的時鐘來源從上向下依次為：LSE，LSI，HSE，HSI，PLLCLK，SYSCLK，MSI，PLLP和PLLQ。