【SoC基础】单片机之RCC模块
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RCC模块简介
RCC（Reset and Clock Control）即复位和时钟控制模块，其基本功能总结如下：
时钟源管理
- 多源选择：支持多种时钟源，包含内部RC振荡器（如HSI、LSI）和外部晶振（如HSE、LSE），能够依据系统需求和不同应用场景来挑选合适的时钟源。
- 切换灵活：可在不同时钟源之间灵活切换，确保系统在不同条件下都能稳定运行，例如在外部晶振故障时，能自动切换到内部RC振荡器。
时钟信号生成与调节
- 倍频与分频：借助PLL（锁相环）实现时钟信号的倍频，以得到更高频率的时钟；同时可以对时钟进行分频操作，满足不同外设对不同时钟频率的要求。
- 精准控制：能够精确控制各个时钟域（如AHB、APB1、APB2）的时钟频率，保证各部件按预定的时序准确工作。
复位控制
- 多种复位模式：提供系统复位、电源复位、备份区域复位等多种复位方式，可在系统出现异常或需要初始化时，使单片机恢复到初始状态。
- 复位状态监测：能对复位原因进行记录和监测，方便开发人员在系统出现问题时进行故障排查。
时钟使能与管理
- 按需供电：可以对各个外设的时钟进行独立的使能和关闭操作，在不需要某些外设工作时，关闭其时钟供应，从而降低系统功耗。
- 同步协调：确保各个外设和模块的时钟同步，使它们能够协同工作，避免因时钟不同步而导致的数据传输错误或系统故障。
以下是RCC基本功能的表格总结：
| 功能分类 | 具体功能 |
|---|---|
| 时钟源管理 | 支持内部RC振荡器和外部晶振等多种时钟源，可灵活切换 |
| 时钟信号生成与调节 | 通过PLL实现倍频，对时钟进行分频，精确控制各时钟域频率 |
| 复位控制 | 提供多种复位方式，记录和监测复位原因 |
| 时钟使能与管理 | 独立使能或关闭外设时钟，确保各模块时钟同步，降低功耗 |
系统时钟来源
单片机的系统时钟来源主要有内部时钟源和外部时钟源两种，以下是单片机系统时钟来源的总结表格：
| 时钟源类型 | 名称 | 产生方式 | 频率范围 | 特点 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 内部时钟源 | HSI（高速内部时钟） | 芯片内部RC振荡器产生 | 如STM32F1系列通常为8MHz，STM32F407为16MHz | 成本低，启动快，精度和稳定性相对差 | 对时钟精度要求不高的简单控制任务等 |
| LSI（低速内部时钟） | 内部RC振荡器 | 30kHz - 60kHz左右，通常约为40kHz | 可在停机和待机模式下运行，功耗低 | 独立看门狗、自动唤醒单元等 | |
| PLL（锁相环倍频输出） | 以HSI/2、HSE或HSE/2等为输入，经倍频得到 | 输出频率有一定限制，如STM32F1系列最大不超过72MHz | 能提供较高频率时钟，可灵活配置 | 高速数据处理、通信接口等对时钟频率要求高的模块 | |
| 外部时钟源 | HSE（高速外部时钟） | 外接石英/陶瓷谐振器或外部时钟源 | 4MHz - 16MHz，常用8MHz | 精度高，稳定性好 | 对时钟精度和稳定性要求高的系统，如通信设备等 |
| LSE（低速外部时钟） | 接外部32.768kHz石英晶体 | 32.768kHz | 功耗低，精度高 | 实时时钟（RTC）或其他定时功能 |
AHB 的时钟频率
AHB 的时钟频率通常由系统时钟（Sysclk）分频得到。不同的单片机型号，其 AHB 时钟频率有所不同，以常见的 STM32 系列单片机为例：
STM32F1 系列：若选择 HSE 作为时钟源，并通过 PLL 倍频到 72MHz，一般情况下，AHB 总线时钟（HCLK）与系统时钟相同，即 72MHz。
STM32F4 系列：当系统时钟配置为 180MHz 时，AHB 总线时钟（HCLK）通常也为 180MHz。
STM32H7 系列：对于 STM32H743 等芯片，其 AHB 总线时钟的极限频率根据芯片版本不同有所区别，Revision V 版本的极限是 240MHz，Revision Y 版本的极限是 200MHz。
APB1和APB2时钟频率通常是不一样的
在一些单片机（如 STM32 系列）中，APB1 通常用于挂载低速外设，其时钟频率相对较低，一般为 36MHz。而 APB2 则用于挂载高速外设，它的时钟频率相对较高，通常为 72MHz。这样的设计是为了满足不同外设对时钟频率的不同要求，以优化系统性能和功耗。