CKS32F107xx系列时钟组成介绍

作为MCU运行的基础，时钟是MCU各个模块工作时序的最小时间单位，推动MCU的各指令执行，是MCU选型的一个重要指标。CKS32F107xx系列MCU具有众多的外设，但并非所有的外设均需要系统时钟的高频率，并且高时钟频率将导致功耗增加、抗电磁干扰能力变弱，因此，CKS32F107xx系列MCU内部具备多个时钟源。本文将对CKS32F107xx系列时钟组成进行介绍，以帮助让用户对系统时钟了解。

CKS32F107系列时钟介绍   

在CKS32F107xx系列MCU中，有HSI、HSE、LSI、LSE、PLL五个重要的时钟源。从时钟频率来分可以分为高速时钟源（HSI、HSE、PLL）和低速时钟源（LSI、LSE）；从来源可分为外部时钟源（HSE、LSE）和内部时钟源（HSI、LSI、PLL）；从功能应用配置划分可分为系统时钟（SYSCLK）、时钟安全系统(CSS)、独立看门狗时钟、RTC时钟。下图为CKS32F107xx系列MCU时钟树时钟树：

图1 CKS32F107系列MCU时钟树

HSE时钟

高速外部时钟信号(HSE)由以下两种时钟源产生：

●HSE外部晶体/陶瓷谐振器

●HSE用户外部时钟

为了减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间，晶体/陶瓷谐振器和负载电容器必须尽可能地靠近振荡器引脚。负载电容值必须根据所选择的振荡器来调整。

图2 HSE时钟源

外部晶体/陶瓷谐振器（HSE晶振）：

4~16Mz外部振荡器可为系统提供更为精确的时钟。相关的硬件配置可参考图1，在时钟控制寄存器RCC_CR中的HSERDY位用来指示高速外部振荡器是否稳定。直到这该位被硬件置’1’，才能使用HSECLK。如果在时钟中断寄存器RCC_CIR中允许产生中断，将会产生相应中断。

HSE晶振可以通过设置时钟控制寄存器里RCC_CR中的HSEON位被启动和关闭。

HSE用户外部时钟（HSE旁路）：

在这个模式里，必须提供外部时钟。它的频率最高可达25MHz。用户可通过设置在时钟控制寄存器中的HSEBYP和HSEON位来选择这一模式。外部时钟信号(50%占空比的方波、正弦波或三角波)必须连到OSC_IN引脚，同时保证OSC_OUT引脚悬空。见图1。

HSI时钟

HSI时钟信号由内部8MHz的RC振荡器产生，可直接作为系统时钟，也可在不分频或2分频后作为PLL输入源。HIS RC振荡器能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟。它的启动时间比HSE晶体振荡器短。但是，即使在校准之后它的时钟频率精度仍较HSE晶振差。

PLL

主PLL以下述时钟源之一为输入，产生倍频的输出：

●HSI时钟

●HSI的二分频时钟

●HSE通过一个可配置分频器提供的时钟

●PLL2通过一个可配置分频器提供的时钟

PLL2和PLL3由HSE通过一个可配置的分频器提供时钟。必须在使能每个PLL之前完成PLL的配置(选择时钟源、预分频系数和倍频系数等)，同时应该在它们的输入时钟稳定(就绪位)后才能使能。一旦使能了PLL，这些参数将不能再被改变。当改变主PLL的输入时钟源时，必须在选中了新的时钟源(通过时钟配置寄存器(RCC_CFGR)的PLLSRC位)之后才能关闭原来的时钟源。时钟中断寄存器(RCC_CIR)，可以在PLL就绪时产生一个中断。

LSE时钟

LSE晶振是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。它为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。

(1)外部晶体/陶瓷谐振器(LSE晶振)

LSE晶振通过在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEON位启动和关闭。在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSERDY指示LSE晶体振荡是否稳定。在启动阶段，直到这个位被硬件置’1’后，LSE时钟信号才能被使用。如果在时钟中断寄存器里被允许，可产生中断请求。

(2)外部时钟源(LSE旁路)

在这个模式里必须提供一个32.768kHz频率的外部时钟源。可以通过设置在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEBYP和LSEON位来选择这个模式。具有50%占空比的外部时钟信号(方波、正弦波或三角波)必须连到OSC32_IN引脚，同时保证OSC32_OUT引脚悬空。

LSI时钟

LSI RC担当一个低功耗时钟源的角色，它可以在停机和待机模式下保持运行，为独立看门狗和RTC提供时钟。LSI时钟频率大约40kHz(在30kHz和60kHz之间)。进一步信息请参考数据手册中有关电气特性部分。

LSI RC可以通过控制/状态寄存器(RCC_CSR)里的LSION位来启动或关闭。在控制/状态寄存器(RCC_CSR)里的LSIRDY位指示低速内部振荡器是否稳定。在启动阶段，直到这个位被硬件设置为’1’后，该时钟才能使用。如果在时钟中断寄存器(RCC_CIR)里被允许，将产生LSI中断请求。

系统时钟（SYSCLK）选择

系统复位后，HSI振荡器被选为系统时钟。当时钟源被直接或通过PLL间接作为系统时钟时，它将不能被停止。当系统时钟从一个时钟源到另一个时钟源切换时，只有当目标时钟源准备就绪(经过启动稳定阶段的延迟或PLL稳定)，才能进行切换，否则，系统时钟的切换不允许发生。在时钟控制寄存器(RCC_CR)的状态位会指示哪个时钟已经准备好了，哪个时钟目前被用作系统时钟。

时钟安全系统（CSS）

时钟安全系统可以通过软件被激活。一旦其被激活，时钟监测器将在HSE振荡器启动稳定后被使能，并在HSE时钟关闭后关闭。

如果HSE时钟发生故障，HSE振荡器被自动关闭，时钟失效事件将被送到高级定时器(TIM1的刹车输入端，并产生时钟安全中断CSSI，允许软件完成营救操作。此CSSI中断连接到内核的NMI中断(不可屏蔽中断)。

需要强调的是一旦CSS被激活，并且HSE时钟出现故障，CSS中断就产生，并且NMI（不可屏蔽的中断）也自动产生。NMI将被不断执行，直到CSS中断挂起位被清除。因此，在NMI（不可屏蔽的中断）的处理程序中必须通过设置时钟中断寄存器(RCC_CIR)里的CSSC位来清除CSS中断。

如果HSE振荡器被直接或间接地作为系统时钟，(间接的意思是：它被作为PLL输入时钟，并且PLL时钟被作为系统时钟)，时钟故障将导致系统时钟自动切换到HSI振荡器，同时外部HSE振荡器被关闭。在时钟失效时，如果HSE振荡器时钟(被分频或未被分频)是用作系统时钟的PLL的输入时钟，PLL也将被关闭。

独立看门狗时钟

如果独立看门狗已经由硬件选项或软件启动，LSI振荡器将被强制在打开状态，并且不能被关闭。在LSI振荡器稳定后，时钟供应给IWDG模块。

RTC时钟

通过设置备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的RTCSEL[1:0]位，RTCCLK时钟源可以由HSE/128、LSE或LSI时钟提供。除非备份域复位，此选择不能被改变。

LSE时钟在备份域里，但HSE和LSI时钟不在备份域。因此：

（1）如果LSE被选为RTC时钟：只要VBAT维持供电，即使VDD供电被切断，RTC仍能工作。

（2）如果LSI被选为RTC时钟：如果VDD供电被切断，RTC不能工作。

（3）如果HSE时钟128分频后作为RTC时钟：如果VDD供电被切断或内部电压调压器被关闭(1.5V域的供电被切断)，则RTC状态不确定。

时钟输出（MCO）

微控制器允许输出时钟信号到外部MCO引脚。相应的GPIO端口寄存器必须被配置为相应功能。以下8个时钟信号可被选作MCO时钟：

●SYSCLK

●HSI

●HSE

●PLL时钟的二分频

●PLL2时钟

●PLL3时钟的二分频

●XT13-25MHz外部晶振时钟（用于以太网）

●PLL3时钟(用于以太网)

时钟配置寄存器(RCC_CFGR)中的MCO[3:0]位控制。

审核编辑：刘清