STM32 如何确认 APB 时钟

STM32 系列微控制器（MCU）作为一款广泛应用的微控制器，其内部的时钟系统设计非常复杂。时钟系统是微控制器正常工作的基础，正确的时钟配置能够保证其各项外设的稳定运行。在 STM32 中，APB 时钟是其总线时钟之一，涉及到外设的数据传输和外设操作的速度。了解和配置 STM32 的 APB 时钟，是开发过程中至关重要的一环。

本文将详细介绍 STM32 微控制器如何确认 APB 时钟，涵盖 STM32 时钟树的基本概念、APB 总线时钟的工作原理、如何在 STM32 中获取和配置 APB 时钟，以及在不同 STM32 系列中时钟设置的差异。

1. STM32 时钟树的概念

STM32 微控制器的时钟系统采用了树状结构，称为“时钟树”。时钟树是整个微控制器时钟源分配的核心，时钟信号通过时钟树从不同的源（如外部晶振、内部 RC 振荡器等）分配到不同的模块和外设。

时钟树的根源通常来自于系统时钟（SYSCLK），而每个外设则有对应的时钟源。系统时钟通过不同的分频器（Prescaler）控制着各个子模块和总线的工作时钟。APB 时钟（Advanced Peripheral Bus Clock）作为两条总线之一（另一个是 AHB 总线）的时钟，负责驱动 STM32 内部的外设工作，主要包括 GPIO、UART、SPI、I2C 等常用外设。

2. STM32 系列的时钟系统

STM32 的时钟系统在不同系列之间会有所差异，但整体框架大致相同。主要时钟源包括：

• 外部时钟源（HSE）：外部晶振，提供一个高精度的时钟信号。

• 内部时钟源（HSI、LSI）：HSI 是内部高速振荡器，LSI 是低速振荡器。

• 主时钟源（PLL）：通过倍频器将外部时钟源（HSE 或 HSI）提升为系统时钟（SYSCLK）。

• 系统时钟（SYSCLK）：直接控制处理器核心的时钟。

• AHB 时钟（AHB）：高级外设总线时钟。

• APB 时钟（APB）：高级外设总线时钟，分为 APB1 和 APB2 两个子总线。

3. APB 时钟的基本工作原理

APB 总线主要负责低速外设的数据传输，其时钟来源于 AHB 总线时钟。APB 总线的工作速度由 AHB 时钟和预分频器共同决定。STM32 系列的微控制器通常有两个 APB 总线：

• APB1：用于一些低速外设，如 I2C、SPI、USART、ADC 等。

• APB2：主要负责高速外设，如 USART、SPI 等。

在 STM32 的时钟配置中，APB 总线的时钟通过 AHB 时钟分频（Prescaler）来实现控制，通常使用的分频器为 APB1 和 APB2 分频器。

4. 如何确认 STM32 的 APB 时钟

确认 STM32 的 APB 时钟，首先需要理解 STM32 时钟树的配置。以下是确认 APB 时钟的一些步骤：

4.1 使用 CubeMX 工具

STM32CubeMX 是 STM32 开发中的一个图形化配置工具，它帮助开发者可视化地配置时钟树。通过 CubeMX，用户可以轻松地查看和修改 APB 时钟的配置。

1. 打开 STM32CubeMX。

2. 选择合适的微控制器型号。

3. 在 “Clock Configuration” 选项卡中，查看时钟树的配置。

4. CubeMX 会显示 AHB、APB1 和 APB2 的时钟源及其分频器（Prescaler）设置。

4.2 查看 STM32 的参考手册

参考手册是了解 STM32 内部时钟配置的重要工具。每个 STM32 系列的微控制器都有对应的参考手册，里面详细描述了时钟树的结构和各个时钟源的配置。

在 STM32 的参考手册中，时钟树通常有一个章节详细描述时钟信号的来源、频率和分频器设置。要确认 APB 时钟，可以查找：

• 系统时钟（SYSCLK）源的配置。

• AHB 时钟分频器（AHB Prescaler）设置。

• APB1 和 APB2 的时钟源及分频器设置。

4.3 使用寄存器读取时钟状态

对于 STM32 微控制器，可以通过访问寄存器直接读取时钟配置信息。具体来说，APB 时钟由以下寄存器控制：

• RCC_CFGR：这个寄存器是时钟配置的核心，包含了系统时钟、AHB 时钟、APB1 和 APB2 时钟的源和分频设置。

• RCC_APB1RSTR 和 RCC_APB2RSTR：这两个寄存器分别控制 APB1 和 APB2 总线的外设复位。

• RCC_AHB1ENR 和 RCC_AHB2ENR：这些寄存器控制 AHB 总线上外设的时钟使能。

通过读取这些寄存器的值，可以获取当前系统时钟的配置状态，从而推算出 APB 时钟的频率。

5. STM32 不同系列的时钟配置差异

不同的 STM32 系列微控制器在时钟系统上有一定的差异，具体表现在时钟源的选择、时钟倍频器（PLL）和分频器的配置等方面。以 STM32F1、STM32F4 和 STM32L系列为例：

5.1 STM32F1 系列

STM32F1 系列的时钟系统较为简单，通常使用内部的 HSI 作为主时钟源，或者使用外部的 HSE 时钟源。通过 PLL 可以将时钟频率提升至更高的值。APB 时钟的配置由 AHB 分频器和 APB1、APB2 的分频器共同控制。

5.2 STM32F4 系列

STM32F4 系列的时钟系统更加复杂，支持更高的时钟频率。它提供了更多的时钟源选择，包括 HSE、HSI 和 PLL，能够提供多达 180 MHz 的系统时钟频率。APB 时钟的配置和调整也更加灵活，可以支持更高速度的外设。

5.3 STM32L 系列

STM32L 系列主要侧重低功耗设计，其时钟系统为低功耗模式提供了更多选择。例如，它支持更低的系统时钟频率，并且提供了 LSI 和 LSE 时钟源。APB 时钟的配置同样受到 AHB 分频器的影响，但在低功耗模式下，时钟频率通常较低，以降低功耗。

6. 如何配置和优化 APB 时钟

在 STM32 开发中，时钟的配置和优化是提高系统性能和降低功耗的重要手段。以下是一些常见的 APB 时钟配置技巧：

6.1 选择合适的时钟源

选择合适的时钟源对于系统的稳定性和性能至关重要。例如，使用 HSE 时钟源可以提供更高的精度，但其功耗相对较高。对于一些不要求高精度的应用，可以选择 HSI 或内部振荡器来降低功耗。

6.2 配置分频器以适应外设需求

APB1 和 APB2 时钟的分频器可以根据外设的性能需求进行配置。对于一些高带宽要求的外设，建议使用较低的分频系数以获得更高的时钟频率。而对于低速外设，可以适当增加分频系数，以减少功耗。

6.3 使用低功耗模式优化时钟

对于电池供电的嵌入式应用，合理配置时钟，特别是 APB 时钟，能够显著降低功耗。STM32 微控制器提供了多种低功耗模式，例如睡眠模式、停止模式等，这些模式下，时钟频率和外设活动都会降低。