为什么芯片的时钟系统这么复杂呢？

为什么要讲时钟？时钟的重要性想必不用多说了，众所周知。

为什么要讲时钟树？其实在我们学习51单片机的时候，基本上不会特别关注时钟，因为它的时钟非常简单，时钟源也只有1个。但是在ARM系列的单片机或者更高级的MPU里，时钟系统是非常复杂的，时钟源也不止一个，例如STM32F103的系统时钟，它就有好几个时钟源。

为什么这些芯片的时钟系统这么复杂呢？这是因为性能越高的芯片外设资源就非常丰富，但是并不是所有外设都需要系统时钟这么高的频率，比如RTC功能只需要几十KHz的时钟，而且，同一个电路，时钟快有的时候不一定是好事，比如会有更大的功耗，抗电磁干扰能力也会弱。所以对于较为复杂的单片机，一般都是采取多时钟源的方法来解决这些问题。

下面来看下STM32F103芯片的引脚中，和时钟相关的就5个。OSC_IN、OSC_OUT、OSC32_IN、OSC32_OUT、MCO。这些引脚分别对应的是什么呢？

OSC_IN与OSC_OUT，是外接高速时钟源，频率范围为4MHz~16MHz，典型值是8M，电路是皮尔斯振荡电路。

OSC32_IN与OSC32_OUT是外接低速时钟源，一般接32.768kHz的晶振。

MCO是Microcontroller Clock Output，是单片机时钟输出引脚，可以对外部器件或电路提供时钟信号，一般最高时钟输出频率不得超过I/O的输出速率。

除了可以外接8M和32.768kHz晶振之外，在STM32内部还有自带的RC振荡时钟，8 MHz高速时钟和40KHz低速时钟。

在STM32中，可以用内部时钟，也可以用外部时钟的。什么时候选外部，什么时候用外部呢。在要求精度高的应用场合，最好用外部晶体震荡器，因此内部时钟会由于芯片的温度等一系列原因，存在一定的精度误差，具体的原因可以回看下之前我们讲过的为什么不把晶振集成在芯片内。这里就不再扩展的说了。

这些时钟到STM32内部是怎么工作的呢？这就是涉及到SMT32的内部时钟树了。

时钟树这个概念的由来，是让控制芯片时钟的系统更加清晰，通常由以下几个部分组成：

1、时钟源：包括内部振荡器和外部晶振，用于提供系统时钟的基本频率，就是我们上面说到的。

2、PLL（锁相环）：用于将时钟源的频率倍频，从而得到需要的主时钟频率。像STM32F103就是通过PLL倍频到72MHz,这个就是我们通常说的单片机的工作频率。

3、时钟分频器：就是将PLL倍频得到的主时钟，再通过分频得到其他需要的时钟频率，例如外设的时钟频率、总线时钟频率等。

这个STM32的时钟树，这里我把它分成几级来看：

先看第一级，在 STM32 中，有六个时钟源，为 HSI、HSE、 LSI、LSE、PLL以及RTC。

HSI（高速内部时钟）：HSI时钟源是内部RC振荡器提供的高速时钟源，其频率为8MHz。

HSE（高速外部时钟）：HSE时钟源是外部晶体振荡器提供的高速时钟源，其频率范围为4MHz至16MHz。

PLL（锁相环）：PLL是通过将HSI或HSE时钟源输入到PLL模块来生成高速时钟源的，其输出频率可以是2倍、4倍、6倍或8倍于输入频率。

LSI（低速内部时钟）：LSI时钟源是内部RC振荡器提供的低速时钟源，其频率为40kHz。

LSE（低速外部时钟）：LSE时钟源是外部低速晶体振荡器提供的低速时钟源，其频率为32.768kHz。

RTC（实时时钟）：RTC时钟源是LSE时钟源输入到RTC模块来提供的，用于提供实时时钟和日历功能。

从时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，在这 6个中 HSI、HSE 、PLL 是高速时钟，LSI、LSE、RTC是低速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源。

第二级中，是直接使用了时钟源的时钟的，有flash的时钟，使用的是HSI 8MHz，RTC的时钟可以使用LSE时钟、也可以使用LSI，或者HSE的128分频，独立的看门狗时钟则是LSI时钟，还有USB时钟使用的是PLL倍频后又进行分频的48MHz。

第三级则倍频得到系统72MHz之后，预分频器AHB，这里的时钟就开始给外设使用，比如外设的时钟使能SDIO,FSMC。

然后下一级是APB1和APB2。其中，APB1 上面连接的是低速外设，包括CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3等等， APB2 上面连接的是高速外设包括 UART1、 SPI1、 Timer1、ADC1、 ADC2、所有普通 IO 口(PA~PE)、第二功能 IO 口等。

一眼看去时钟树非常复杂，但是一级一级分解去看，就会很好理解了。

了解了时钟树之后，就需要在寄存器里进行时钟系统的配置了，在技术参考手册stm32 reference manual文档中可以查看。需要注意的是不同的外设对时钟频率有不同的要求，一定要根据具体的应用需求来确定各个时钟频率。

好了，关于芯片的时钟引脚解读就到这里了。

审核编辑：刘清