【STM32实践篇】：F407 时钟系统

1. 时钟与启动

• 复位默认时钟：系统复位后，CPU 时钟默认由 16MHz 内部 RC 振荡器（HSI）提供，该 RC 振荡器经工厂校准，确保在全温度范围（-40℃~125℃等工业级场景）内，频率精度维持在 1% 以内。

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• 系统时钟源切换：可以手动选择系统时钟源，支持两种路径：

  • 内部 HSI：16MHz RC。
  • ​外部 HSE：4~26MHz 外部时钟源（晶体/陶瓷谐振器 或 时钟信号）。
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    • SW：系统时钟选择器，选择 SYSCLK的来源。
    • ​PLLCLK：锁相环输出时钟，通过倍频技术，将 HSI/HSE 输入时钟放大至高频，F407 最高 168MHz。

• 时钟故障监测：持续监测外部时钟 HSE 运行状态，若检测到失效，硬件自动切回内部 RC 振荡器，同时可触发软件中断。

• PLL 倍频：来自HSI/HSE的原始时钟信号，经过​​/M分频器​（分频系数M=2–63）降低输入频率至VCO可接受范围，VCO×N倍频器输出高频信号到分频器，转化为多路可用时钟：​​/P–系统主时钟分频器输出SYSCLK，​​/Q–高速外设时钟分频器输出严格48MHz。

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• AHB - APB 分层总线架构：通过预分频器（Prescalers）灵活配置总线时钟：

  • AHB 高速系统总线，连接 CPU、内存（SRAM/Flash）、高性能外设（如 DMA、ETH 以太网），最大频率 168MHz。
  • APB 外设总线，进一步分为：
    • APB2（高速域）：连接对时钟速率敏感的外设（如 ADC、高级定时器 TIM1/TIM8），最大频率 84MHz。
    • APB1（低速域）：连接低功耗 / 低速外设（如 UART、I2C、基础定时器 TIM2 - TIM7），最大频率 42MHz。
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• PLLI2S：专为 I²S 音频接口设计，通过精准倍频 / 分频，生成稳定的 I²S 主时钟（I²S Master Clock），覆盖 8kHz~192kHz 标准音频采样频率。

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2. CubeMX 时钟树

2.1 时钟源

1. ​LSE (Low-Speed External)：​​ 外部低速晶振 ​32.768KHz，为 RTC 实时时钟提供精准计时。
2. LSI (Low-Speed Internal)：​​ 内部低速 RC 振荡器，给独立看门狗 IWDG 提供独立可靠的时钟，或作为低功耗下的备用 RTC 时钟。

3. ​HSE (High-Speed External)：​​ 外部高速晶振，支持 4-26MHz 范围，作为 系统时钟SYSCLK 和 PLL 的来源，或者供某些高速外设使用。
4. ​HSI (High-Speed Internal)：​​ 内部高速 RC 振荡器16MHz，当HSE失效作为备用源，可以输入到PLL，系统启动时默认先使用HSI。

2.2 PLL 锁相环

1. HSE/HSI --> PLL Source Mux选择 --> M分频器 --> N倍频器 --> P分频器 --> 主PLL输出 PLLCLK。
2. Q分频器 给USB，SDIO，RNG 等外设提供 48MHz 时钟。
3. PLLI2S 为音频接口 I2S 提供专用时钟。

2.3 时钟分发与选择

1. ​System Clock Mux 决定了 SYSCLK 系统主时钟的来源：HSI，HSE，PLLCLK。
2. SYSCLK 直接输入到 ​AHB Prescaler 可以被分频（可选择的分频系数为1，2，4，8，16，32，64，128，256，512）得到 HCLK，HCLK最高168MHz。
3. ​APB1 Prescaler（分频因子可以选择1，2，4，8，16） 供低速外设使用，最高42MHz；​APB2 Prescaler（分频因子可以选择1，2，4，8，16） 供高速外设使用，最高84MHz。

2.4 频率限制

各模块和总线的频率有上限​，在CubeMX配置时，如果超出，相关框会变成醒目的红色或橙色警告。

• SYSCLK ≤ 168MHz。
• HCLK ≤ 168MHz。
• PCLK1 ≤ 42MHz。
• PCLK2 ≤ 84MHz。
• USB OTG FS ​必须​ 48MHz ±0.25% (PLL48CLK)。
• 以太网 PTP ≤ 168MHz。
• VCO频率必须在100 - 432MHz之间。

关于HSE和LSE晶振电路的设计可参考这篇文章！