时钟

在MCS-51单片机片内有一个高增益的反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，由该放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式。根据硬件电路的不同，单片机的时钟连接方式可分为内部时钟方式和外部时钟方式......

Silicon Labs日前推出了满足最新一代PCI Express®（PCIe®）5.0规范的完整时钟解决方案组合，能够提供同类最佳的抖动性能，且具有显著的设计余量。Si5332任意频率时钟系列产品可生成抖动性能达140fs RMS的PCIe Gen 5参考时钟，优化了PCIe SerDes性能，且同时满足Gen 5规范并有余量。

时序在数字电路中的作用，就像通信中用到的载波，载波并不起眼，但是很重要。时钟也一样，现象上只是某种频率波峰波谷跳动，一成不变。但是有了它，就像人类的历史有了时间轴一样，什么时候该干什么事才有了可能。程序中发生的事件，能够按照自己的意愿发生。下面就以STM32开发板中最常见的STM32F103系列芯片的时钟为例，介绍一下STM32中的时钟。

<strong>时钟作用</strong>

说到时钟，你一定会问，这是用来计时的吗？没错，是用来计时的，但这只是它在STM32中的一项功能而已，下面就为你列出了时钟的具体功能。

计时作用（供给某些计数器统计时间）；

控制时序（串口数据的传输，只能一位一位的传输）；

控制信号（将时钟的上升下降沿作为独特的控制标志）。

<strong>STM32时钟模型</strong>

在非常温的工作环境下，RTC时钟出现偶发性的延时或者超时现象。成熟的RTC电路设计看似简单，但如何保证RTC时钟的精确度？在出现偶发性异常现象时，如何快速定位和解决问题？本文将分享一个案例。

<font color="#33b1c8"><strong>案例情况</strong></font>

工控板使用了NXP的PCF8563 RTC 芯片方案，在研发做环境温度摸底测试的时候， RTC时钟出现偶发性延时或者超前现象，于是研发展开一系列的问题定位。

<font color="#33b1c8"><strong>排查分析</strong></font>

1、工控板使用了NXP的PCF8563 RTC 芯片方案，该方案是外置32.768kHz的石英晶体和电容，该RTC芯片的输出精度取决于其外接的石英晶体输出的时钟频率是否精准。

石英晶体本身输出频率带有一定的误差，常温25℃下，频率的误差为±20ppm，平均误差可达5分钟/年。且随着时间的增加，晶体电路元件的缓慢变化会造成长期性的频率漂移。同时，在外部温度较为极端的时候，时钟震荡回路可能出现异常，影响到RTC的正常计时。

对于高速的串行总线来说，一般情况下都是通过数据编码把时钟信息嵌入到传输的数据流里，然后在接收端通过时钟恢复把时钟信息提取出来，并用这个恢复出来的时钟对数据进行采样，因此时钟恢复电路对于高速串行信号的传输和接收至关重要。

<strong>CDR电路原理</strong>

时钟恢复的目的是跟踪上发送端的时钟漂移和一部分抖动，以确保正确的数据采样。时钟恢复电路(CDR：Clock Data Recovery)一般都是通过PLL(Phase lock loop)的方式实现，如下图所示。

输入的数字信号和PLL的VCO(Voltage-controlled oscillator，压控振荡器 )进行鉴相比较，如果数据速率和VCO的输出频率间有频率差就会产生相位差的变化，鉴相器对这个相位误差进行比较并转换成相应的电压控制信号，电压控制信号经过滤波器滤波后产生对VCO的控制信号从而调整VCO的输出时钟频率。

使用滤波器的目的是把快速的相位变化信息积分后转换成相对缓慢的电压变化以调整VCO的输出频率，这个滤波器有时又称为环路滤波器，通常是一个低通的滤波器。通过反复的鉴相和调整，最终VCO的输出信号频率和输入的数字信号的变化频率一致，这时PLL电路就进入锁定状态。

<font color="#FD8900">Graham Mostyn Microchip 时序和通信部 应用工程经理</font>

几乎每个电子器件都需要一个时钟源。例如，单片机（MCU）使用振荡器来前进到下一条指令，无线电需要通过精确的振荡器来将射频信号混合到基带中加以处理。

智能联网设备的出现对时钟性能提出了更高的要求。本文解释了设计师如何在应对这些挑战的同时降低技术风险、缩短设计时间以及削减物料清单。我们着眼于采用石英和基于MEMS的技术的石英晶体、石英晶振（XO）和高度集成的时钟解决方案。

<strong>智能联网设备需要复杂的时钟树</strong>

MCU通常包括用于非精密计算应用的内部RC移相振荡器。这些振荡器使用集成的电阻-电容对来创建控制振荡器频率的时间常数。此类振荡器具有大约1%的精度并且表现出高抖动（在时钟转换的时序中会出现意外的随机波动）。 它们适用于不注重转换时序的应用，例如为计算用MCU提供时钟以及驱动一个简单的七段数字液晶显示屏（LCD）。显示屏需要多个时钟波形，但转换时序容差为几毫秒。此外，也可实现高达几Mbps的UART通信，这种情况下的时序容差为几百纳秒，但这同时也代表着简单RC振荡器的限值。

<strong>一、RCC是什么？</strong>

RCC: Reset Clock Control，时钟和复位控制器

<strong>二、RCC的主要作用</strong>

1、设置系统时钟SYSCLK

2、设置AHB分频因子(决定HCLK等于多少)

3、设置APB2分频因子(决定PCLK2等于多少)

4、设置APB1分频因子(决定PCLK1等于多少)

5、设置各个外设的分频因子

6、控制AHB、APB2和APB1三条总线时钟的开启、控制每个外设时钟的开启。

注意：STM32库函数中时钟的标准配置为PCLK2=HCLK=SYSCLK=PLLCLK=72M，PCLK1=HCLK/2=36M

<strong>三、系统时钟库函数</strong>

PCI Express（PCIe）是一种点对点串行通信标准，主要用于消费、计算、服务器和存储应用。从消费级笔记本电脑和台式机到企业级数据服务器，在几乎所有现代的计算机中，PCIe 总线均作为主要的主板级互联总线将主机系统处理器与集成外设和附加外设（扩展卡）连接在一起。目前，PCIe 已经历四代，每代支持不同的数据速率。最新一代是PCIe 4.0，最高支持16 Gbps数据速率。

本应用笔记介绍第四代即最新一代PCIe对参考时钟的要求，并提供一些符合PCIe 4.0标准的即用型Microchip时钟解决方案。

<font color="#0000C6" size="4"><a href="http://mcu.eetrend.com/files/2018-04/wen_zhang_/100011194-39499-4.pdf">…《符合PCIe 4.0标准的Microchip时钟器件》</a></font>

<strong>一、在STM32中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。</strong>

①HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。

②HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。

③LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。

④LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

⑤PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。

<strong>二、在STM32上如果不使用外部晶振，OSC_IN和OSC_OUT的接法：</strong>如果使用内部RC振荡器而不使用外部晶振，请按照下面方法处理：

①对于100脚或144脚的产品，OSC_IN应接地，OSC_OUT应悬空。

本视频将使用MPLAB®代码配置器（MCC）向大家展示USB时钟的基本设置。演示中将使用16位单片机PIC24FJ256GB412，它集成了USB和硬件加密模块，并具有超低功耗等功能。

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