代码收藏家技术教程 2024-09-04

电子产品中的心脏时钟及时钟分频的多维角色探讨：深入了解其复杂作用！

一.目录

1.文章绪论

2.文章内容：分为以下几点

2.1主频

2.2外设时钟

2.3时钟分频信号作用于计数器寄存器

2.4时钟频率的变化对系统功耗具有显著影响

3.总结

二.正文

1.文章绪论

在许多情况下，学习的时候并不会很注意到时钟的许多作用，但是它对于我们的电子设备还是很重要的，笔者喜欢将它比喻为心脏，可想而知其具有很多重要的作用。

在学习中，可能只是知道它可以分频，有主频，外设频率等等，在使用定时器时可能又会被继续分频，但是为什么要这么多不同的时钟频率呢？可以跟随笔者一起探讨以下。

2.文章内容：分为以下几点

2.1主频

主频各位应该都不陌生，这里不过多赘述，即是CPU（中央处理器）内核工作的时钟频率，主频的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢，但是不等同于其性能指标。如果不是很能理解，你就可以把他理解为一个人的反应速度。

列如，一般在MCU中：一块STM32103板子，它的主频就是72MHZ；在电脑的芯片的主频则是以GHZ为单位的，这个就很恐怖了。

2.2外设时钟

外设时钟是微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）或其他复杂系统芯片（SoC）中用于控制和管理外设工作频率的时钟信号。

这里还是以STM32介绍，基本都是使用外部晶振作为时钟源，但是可以通过不同的配置，选择外设的时钟以满足其需求，比如某些外设可以支持比较快的时钟，那么就可以配置高一点的时钟频率，反之；比如有时候我不需要那么快就可以满足我的功能需求，那么就配置慢一点。

但是为什么要配置不同的时钟频率呢，笔者从某些方面说明一下。

2.3时钟分频信号作用于计数器寄存器

（1）在这里，我解释一下基本原理你应该就会理解：

还是说一下计数器：它是寄存器哈，就是专门用来计数的，可以理解为50米短跑时，你的体育老师给你记得成绩。

（2）现在开始用一个比较容易理解的例子说一下定时器的基本原理：

假如现在频率为100HZ，T=0.01，你记数一次为0.01S，计数100次就为1S，计数N次就为N/100 S,这个就是定时器的基本底层原理。

（3）假设现在是处于真正的使用情景中，72MHZ，这里就不一步步说了，需要你的计数器寄存器计数：72,000,000次，时间才为一秒钟，但是在电子设备中，寄存器会有这么大吗？

答案是肯定不会有这么大，STM32该寄存器我没有记错的话，好像是16位的，也就是最多计数次数65535 ；那我们可以计算一下最大定时时间：1/72 * 65535 （us），是不是最多也就定时这么点时间，如果还想定时更大的时间，是不是需要降频，这就是时钟分频信号作用于计数器寄存器的基本作用。

2.4时钟频率的变化对系统功耗具有显著影响

时钟频率是系统内部时钟信号的速率，它决定了CPU、微控制器（MCU）或其他数字逻辑电路在给定时间内能够执行的操作数量。随着时钟频率的增加，系统能够更快地处理数据，但这也带来了更高的功耗。

举一些例子说明一下：

动态功耗：动态功耗主要由电路的开关活动引起。当电路从一个状态切换到另一个状态时，会消耗能量。随着时钟频率的增加，电路中的晶体管更频繁地开关，导致动态功耗增加。
静态功耗：虽然静态功耗（也称为漏电流功耗）与时钟频率的直接关系不大，但在高频操作下，由于温度升高和其他因素，静态功耗也可能略有增加。然而，在现代CMOS技术中，动态功耗通常是系统功耗的主要部分。
低功耗设计：在设计低功耗系统时，还需要考虑其他因素，如使用低功耗的电路元件、优化电路布局和布线、以及采用节能的通信协议等。

一般真正设计产品的时候才会注重这个地方，但是我们也要有个理解，因为其根本原理就是时钟。