STM32 如何確認 APB 時鐘

STM32 系列微控制器（MCU）作為一款廣泛應用的微控制器，其內部的時鐘系統設計非常復雜。時鐘系統是微控制器正常工作的基礎，正確的時鐘配置能夠保證其各項外設的穩定運行。在 STM32 中，APB 時鐘是其總線時鐘之一，涉及到外設的數據傳輸和外設操作的速度。了解和配置 STM32 的 APB 時鐘，是開發過程中至關重要的一環。

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

1. STM32 時鐘樹的概念

STM32 微控制器的時鐘系統采用了樹狀結構，稱為“時鐘樹”。時鐘樹是整個微控制器時鐘源分配的核心，時鐘信號通過時鐘樹從不同的源（如外部晶振、內部 RC 振蕩器等）分配到不同的模塊和外設。

時鐘樹的根源通常來自于系統時鐘（SYSCLK），而每個外設則有對應的時鐘源。系統時鐘通過不同的分頻器（Prescaler）控制著各個子模塊和總線的工作時鐘。APB 時鐘（Advanced Peripheral Bus Clock）作為兩條總線之一（另一個是 AHB 總線）的時鐘，負責驅動 STM32 內部的外設工作，主要包括 GPIO、UART、SPI、I2C 等常用外設。

2. STM32 系列的時鐘系統

STM32 的時鐘系統在不同系列之間會有所差異，但整體框架大致相同。主要時鐘源包括：

• 外部時鐘源（HSE）：外部晶振，提供一個高精度的時鐘信號。

• 內部時鐘源（HSI、LSI）：HSI 是內部高速振蕩器，LSI 是低速振蕩器。

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

• 系統時鐘（SYSCLK）：直接控制處理器核心的時鐘。

• AHB 時鐘（AHB）：高級外設總線時鐘。

• APB 時鐘（APB）：高級外設總線時鐘，分為 APB1 和 APB2 兩個子總線。

3. APB 時鐘的基本工作原理

APB 總線主要負責低速外設的數據傳輸，其時鐘來源于 AHB 總線時鐘。APB 總線的工作速度由 AHB 時鐘和預分頻器共同決定。STM32 系列的微控制器通常有兩個 APB 總線：

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

• APB2：主要負責高速外設，如 USART、SPI 等。

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

4. 如何確認 STM32 的 APB 時鐘

確認 STM32 的 APB 時鐘，首先需要理解 STM32 時鐘樹的配置。以下是確認 APB 時鐘的一些步驟：

4.1 使用 CubeMX 工具

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

1. 打開 STM32CubeMX。

2. 選擇合適的微控制器型號。

3. 在 “Clock Configuration” 選項卡中，查看時鐘樹的配置。

4. CubeMX 會顯示 AHB、APB1 和 APB2 的時鐘源及其分頻器（Prescaler）設置。

4.2 查看 STM32 的參考手冊

參考手冊是了解 STM32 內部時鐘配置的重要工具。每個 STM32 系列的微控制器都有對應的參考手冊，里面詳細描述了時鐘樹的結構和各個時鐘源的配置。

在 STM32 的參考手冊中，時鐘樹通常有一個章節詳細描述時鐘信號的來源、頻率和分頻器設置。要確認 APB 時鐘，可以查找：

• 系統時鐘（SYSCLK）源的配置。

• AHB 時鐘分頻器（AHB Prescaler）設置。

• APB1 和 APB2 的時鐘源及分頻器設置。

4.3 使用寄存器讀取時鐘狀態

對于 STM32 微控制器，可以通過訪問寄存器直接讀取時鐘配置信息。具體來說，APB 時鐘由以下寄存器控制：

• RCC_CFGR：這個寄存器是時鐘配置的核心，包含了系統時鐘、AHB 時鐘、APB1 和 APB2 時鐘的源和分頻設置。

• RCC_APB1RSTR 和 RCC_APB2RSTR：這兩個寄存器分別控制 APB1 和 APB2 總線的外設復位。

• RCC_AHB1ENR 和 RCC_AHB2ENR：這些寄存器控制 AHB 總線上外設的時鐘使能。

通過讀取這些寄存器的值，可以獲取當前系統時鐘的配置狀態，從而推算出 APB 時鐘的頻率。

5. STM32 不同系列的時鐘配置差異

不同的 STM32 系列微控制器在時鐘系統上有一定的差異，具體表現在時鐘源的選擇、時鐘倍頻器（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 系列的時鐘系統較為簡單，通常使用內部的 HSI 作為主時鐘源，或者使用外部的 HSE 時鐘源。通過 PLL 可以將時鐘頻率提升至更高的值。APB 時鐘的配置由 AHB 分頻器和 APB1、APB2 的分頻器共同控制。

5.2 STM32F4 系列

STM32F4 系列的時鐘系統更加復雜，支持更高的時鐘頻率。它提供了更多的時鐘源選擇，包括 HSE、HSI 和 PLL，能夠提供多達 180 MHz 的系統時鐘頻率。APB 時鐘的配置和調整也更加靈活，可以支持更高速度的外設。

5.3 STM32L 系列

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

6. 如何配置和優化 APB 時鐘

在 STM32 開發中，時鐘的配置和優化是提高系統性能和降低功耗的重要手段。以下是一些常見的 APB 時鐘配置技巧：

6.1 選擇合適的時鐘源

選擇合適的時鐘源對于系統的穩定性和性能至關重要。例如，使用 HSE 時鐘源可以提供更高的精度，但其功耗相對較高。對于一些不要求高精度的應用，可以選擇 HSI 或內部振蕩器來降低功耗。

6.2 配置分頻器以適應外設需求

APB1 和 APB2 時鐘的分頻器可以根據外設的性能需求進行配置。對于一些高帶寬要求的外設，建議使用較低的分頻系數以獲得更高的時鐘頻率。而對于低速外設，可以適當增加分頻系數，以減少功耗。

6.3 使用低功耗模式優化時鐘

對于電池供電的嵌入式應用，合理配置時鐘，特別是 APB 時鐘，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，時鐘頻率和外設活動都會降低。