MCU时钟配置及外接晶振选择

为了提高系统性能，同时降低功耗，MCU通常提供四种时钟：
高速外部时钟（HSE）：由外接高频晶振产生。
低速外部时钟（LSE）：由外接低频晶振产生，一般为32.768kHz，用于驱动实时时钟 (RTCCLK)。
高速内部时钟（HSI）：由内部高频RC电路产生。
低速内部时钟（LSI）：由内部低频RC电路产生，一般为32kHz，用于驱动独立看门狗。

图1. 晶振为MCU提供精准外部时钟

这样配置的好处是，如果采用单一时钟，频率高的话可能会导致性能过剩和功耗过高，频率高则导致性能不足，满足不了要求。多个时钟的话可以平衡功耗和性能之间的平衡。

特此说明一下，系统复位后，默认初始化的是高速内部时钟（HSI）来提供sysclock，一般为16MHz。为了提示系统性能，我们需要使能外部时钟晶振，如24MHz、32MHz等。

如果使用外部HSE的话，一般有两种模式：

（1）外部晶体/陶瓷谐振器（HSE晶体）模式

这种模式用得比较常见，HSE晶体可以为系统提供较为精确的时钟源。在时钟控制寄存器RCC_CR中的HSERDY位用来指示高速外部振荡器是否稳定。在启动时，直到这一位被硬件置’1’，时钟才被释放出来。HSE晶体可以通过设置时钟控制寄存器里RCC_CR中的HSEON位被启动和关闭。

图2. STM32F4系列MCU时钟模式

该时钟源是由外部无源晶体与MCU内部时钟驱动电路共同配合形成，有一定的启动时间，精度也较高，但是一定要正确使用。

（2）外部时钟源（HSE）旁路模式

所谓HSE旁路模式，是指使用外部晶振时，无需芯片内部时钟驱动组件来辅助，直接从外界导入时钟信号，好像芯片内部的RC振荡器功能被旁路了。

该模式下必须提供外部时钟，外部时钟信号必须连到SOC_IN引脚，此时OSC_OUT引脚对外呈高阻态。不过，使用这个旁路模式的情形不像使用外部晶体模式那么多。

（3）晶振选择举例

以STM32F4系列MCU为例，旁路模式除了配置HSEON还得配置HSEBYP位。这里需要注意的是一定要选择无源晶振，即石英晶体谐振器（XTAL）作为时钟源。

首先，为了减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间，晶体/陶瓷谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器引脚，负载电容值必须根据所选择的晶体来具体调整等细节问题。至于选择陶瓷晶体和石英晶体，这取决于应用电路对频率精度和温度稳定性的要求。一般而言，石英晶体比陶瓷晶体的精度要高的多，频率温度稳定性也要好很多。

其次，如果选择了有源晶振（XO、TCXO等），用户就无法选择工作模式！由于有源晶振本身就是个完整的振荡器件，其时钟输出不依赖于外部器件振荡电路，只需要供给适当的电源就能输出时钟，无须额外的振荡驱动匹配电路。这时，我们只能将其配置为HSE旁路模式，而不是HSE晶体模式。

另外，有源晶振价格比无源贵很多，选错了不但浪费钱财，还限制了MCU工作模式和用户发挥空间，需要大家引起注意。

作者：硬之城Allchips， 来源：面包板社区