STM32 如何確認(rèn) APB 時(shí)鐘

STM32 系列微控制器（MCU）作為一款廣泛應(yīng)用的微控制器，其內(nèi)部的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。時(shí)鐘系統(tǒng)是微控制器正常工作的基礎(chǔ)，正確的時(shí)鐘配置能夠保證其各項(xiàng)外設(shè)的穩(wěn)定運(yùn)行。在 STM32 中，APB 時(shí)鐘是其總線時(shí)鐘之一，涉及到外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸和外設(shè)操作的速度。了解和配置 STM32 的 APB 時(shí)鐘，是開發(fā)過程中至關(guān)重要的一環(huán)。

本文將詳細(xì)介紹 STM32 微控制器如何確認(rèn) APB 時(shí)鐘，涵蓋 STM32 時(shí)鐘樹的基本概念、APB 總線時(shí)鐘的工作原理、如何在 STM32 中獲取和配置 APB 時(shí)鐘，以及在不同 STM32 系列中時(shí)鐘設(shè)置的差異。

1. STM32 時(shí)鐘樹的概念

STM32 微控制器的時(shí)鐘系統(tǒng)采用了樹狀結(jié)構(gòu)，稱為“時(shí)鐘樹”。時(shí)鐘樹是整個(gè)微控制器時(shí)鐘源分配的核心，時(shí)鐘信號(hào)通過時(shí)鐘樹從不同的源（如外部晶振、內(nèi)部 RC 振蕩器等）分配到不同的模塊和外設(shè)。

時(shí)鐘樹的根源通常來自于系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSCLK），而每個(gè)外設(shè)則有對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘源。系統(tǒng)時(shí)鐘通過不同的分頻器（Prescaler）控制著各個(gè)子模塊和總線的工作時(shí)鐘。APB 時(shí)鐘（Advanced Peripheral Bus Clock）作為兩條總線之一（另一個(gè)是 AHB 總線）的時(shí)鐘，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng) STM32 內(nèi)部的外設(shè)工作，主要包括 GPIO、UART、SPI、I2C 等常用外設(shè)。

2. STM32 系列的時(shí)鐘系統(tǒng)

STM32 的時(shí)鐘系統(tǒng)在不同系列之間會(huì)有所差異，但整體框架大致相同。主要時(shí)鐘源包括：

• 外部時(shí)鐘源（HSE）：外部晶振，提供一個(gè)高精度的時(shí)鐘信號(hào)。

• 內(nèi)部時(shí)鐘源（HSI、LSI）：HSI 是內(nèi)部高速振蕩器，LSI 是低速振蕩器。

• 主時(shí)鐘源（PLL）：通過倍頻器將外部時(shí)鐘源（HSE 或 HSI）提升為系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSCLK）。

• 系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSCLK）：直接控制處理器核心的時(shí)鐘。

• AHB 時(shí)鐘（AHB）：高級(jí)外設(shè)總線時(shí)鐘。

• APB 時(shí)鐘（APB）：高級(jí)外設(shè)總線時(shí)鐘，分為 APB1 和 APB2 兩個(gè)子總線。

3. APB 時(shí)鐘的基本工作原理

APB 總線主要負(fù)責(zé)低速外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸，其時(shí)鐘來源于 AHB 總線時(shí)鐘。APB 總線的工作速度由 AHB 時(shí)鐘和預(yù)分頻器共同決定。STM32 系列的微控制器通常有兩個(gè) APB 總線：

• APB1：用于一些低速外設(shè)，如 I2C、SPI、USART、ADC 等。

• APB2：主要負(fù)責(zé)高速外設(shè)，如 USART、SPI 等。

在 STM32 的時(shí)鐘配置中，APB 總線的時(shí)鐘通過 AHB 時(shí)鐘分頻（Prescaler）來實(shí)現(xiàn)控制，通常使用的分頻器為 APB1 和 APB2 分頻器。

4. 如何確認(rèn) STM32 的 APB 時(shí)鐘

確認(rèn) STM32 的 APB 時(shí)鐘，首先需要理解 STM32 時(shí)鐘樹的配置。以下是確認(rèn) APB 時(shí)鐘的一些步驟：

4.1 使用 CubeMX 工具

STM32CubeMX 是 STM32 開發(fā)中的一個(gè)圖形化配置工具，它幫助開發(fā)者可視化地配置時(shí)鐘樹。通過 CubeMX，用戶可以輕松地查看和修改 APB 時(shí)鐘的配置。

1. 打開 STM32CubeMX。

2. 選擇合適的微控制器型號(hào)。

3. 在 “Clock Configuration” 選項(xiàng)卡中，查看時(shí)鐘樹的配置。

4. CubeMX 會(huì)顯示 AHB、APB1 和 APB2 的時(shí)鐘源及其分頻器（Prescaler）設(shè)置。

4.2 查看 STM32 的參考手冊(cè)

參考手冊(cè)是了解 STM32 內(nèi)部時(shí)鐘配置的重要工具。每個(gè) STM32 系列的微控制器都有對(duì)應(yīng)的參考手冊(cè)，里面詳細(xì)描述了時(shí)鐘樹的結(jié)構(gòu)和各個(gè)時(shí)鐘源的配置。

在 STM32 的參考手冊(cè)中，時(shí)鐘樹通常有一個(gè)章節(jié)詳細(xì)描述時(shí)鐘信號(hào)的來源、頻率和分頻器設(shè)置。要確認(rèn) APB 時(shí)鐘，可以查找：

• 系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSCLK）源的配置。

• AHB 時(shí)鐘分頻器（AHB Prescaler）設(shè)置。

• APB1 和 APB2 的時(shí)鐘源及分頻器設(shè)置。

4.3 使用寄存器讀取時(shí)鐘狀態(tài)

對(duì)于 STM32 微控制器，可以通過訪問寄存器直接讀取時(shí)鐘配置信息。具體來說，APB 時(shí)鐘由以下寄存器控制：

• RCC_CFGR：這個(gè)寄存器是時(shí)鐘配置的核心，包含了系統(tǒng)時(shí)鐘、AHB 時(shí)鐘、APB1 和 APB2 時(shí)鐘的源和分頻設(shè)置。

• RCC_APB1RSTR 和 RCC_APB2RSTR：這兩個(gè)寄存器分別控制 APB1 和 APB2 總線的外設(shè)復(fù)位。

• RCC_AHB1ENR 和 RCC_AHB2ENR：這些寄存器控制 AHB 總線上外設(shè)的時(shí)鐘使能。

通過讀取這些寄存器的值，可以獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)鐘的配置狀態(tài)，從而推算出 APB 時(shí)鐘的頻率。

5. STM32 不同系列的時(shí)鐘配置差異

不同的 STM32 系列微控制器在時(shí)鐘系統(tǒng)上有一定的差異，具體表現(xiàn)在時(shí)鐘源的選擇、時(shí)鐘倍頻器（PLL）和分頻器的配置等方面。以 STM32F1、STM32F4 和 STM32L系列為例：

5.1 STM32F1 系列

STM32F1 系列的時(shí)鐘系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，通常使用內(nèi)部的 HSI 作為主時(shí)鐘源，或者使用外部的 HSE 時(shí)鐘源。通過 PLL 可以將時(shí)鐘頻率提升至更高的值。APB 時(shí)鐘的配置由 AHB 分頻器和 APB1、APB2 的分頻器共同控制。

5.2 STM32F4 系列

STM32F4 系列的時(shí)鐘系統(tǒng)更加復(fù)雜，支持更高的時(shí)鐘頻率。它提供了更多的時(shí)鐘源選擇，包括 HSE、HSI 和 PLL，能夠提供多達(dá) 180 MHz 的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。APB 時(shí)鐘的配置和調(diào)整也更加靈活，可以支持更高速度的外設(shè)。

5.3 STM32L 系列

STM32L 系列主要側(cè)重低功耗設(shè)計(jì)，其時(shí)鐘系統(tǒng)為低功耗模式提供了更多選擇。例如，它支持更低的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，并且提供了 LSI 和 LSE 時(shí)鐘源。APB 時(shí)鐘的配置同樣受到 AHB 分頻器的影響，但在低功耗模式下，時(shí)鐘頻率通常較低，以降低功耗。

6. 如何配置和優(yōu)化 APB 時(shí)鐘

在 STM32 開發(fā)中，時(shí)鐘的配置和優(yōu)化是提高系統(tǒng)性能和降低功耗的重要手段。以下是一些常見的 APB 時(shí)鐘配置技巧：

6.1 選擇合適的時(shí)鐘源

選擇合適的時(shí)鐘源對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要。例如，使用 HSE 時(shí)鐘源可以提供更高的精度，但其功耗相對(duì)較高。對(duì)于一些不要求高精度的應(yīng)用，可以選擇 HSI 或內(nèi)部振蕩器來降低功耗。

6.2 配置分頻器以適應(yīng)外設(shè)需求

APB1 和 APB2 時(shí)鐘的分頻器可以根據(jù)外設(shè)的性能需求進(jìn)行配置。對(duì)于一些高帶寬要求的外設(shè)，建議使用較低的分頻系數(shù)以獲得更高的時(shí)鐘頻率。而對(duì)于低速外設(shè)，可以適當(dāng)增加分頻系數(shù)，以減少功耗。

6.3 使用低功耗模式優(yōu)化時(shí)鐘

對(duì)于電池供電的嵌入式應(yīng)用，合理配置時(shí)鐘，特別是 APB 時(shí)鐘，能夠顯著降低功耗。STM32 微控制器提供了多種低功耗模式，例如睡眠模式、停止模式等，這些模式下，時(shí)鐘頻率和外設(shè)活動(dòng)都會(huì)降低。