STM32延时函数的四种方法
- 2021 年 1 月 20 日
- 筆記
- STM32F207教程
单片机编程过程中经常用到延时函数，最常用的莫过于微秒级延时delay_us()和毫秒级delay_ms()。本文基于STM32F207介绍4种不同方式实现的延时函数。
1、普通延时
这种延时方式应该是大家在51单片机时候，接触最早的延时函数。这个比较简单，让单片机做一些无关紧要的工作来打发时间，经常用循环来实现，在某些编译器下，代码会被优化，导致精度较低，用于一般的延时，对精度不敏感的应用场景中。
1 //微秒级的延时 2 void delay_us(uint32_t delay_us) 3 { 4 volatile unsigned int num; 5 volatile unsigned int t; 6 7 8 for (num = 0; num < delay_us; num++) 9 { 10 t = 11; 11 while (t != 0) 12 { 13 t--; 14 } 15 } 16 } 17 //毫秒级的延时 18 void delay_ms(uint16_t delay_ms) 19 { 20 volatile unsigned int num; 21 for (num = 0; num < delay_ms; num++) 22 { 23 delay_us(1000); 24 } 25 }
上述工程源码仓库：//github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/02-Template
2、定时器中断
定时器具有很高的精度，我们可以配置定时器中断，比如配置1ms中断一次，然后间接判断进入中断的次数达到精确延时的目的。这种方式精度可以得到保证，但是系统一直在中断，不利于在其他中断中调用此延时函数，有些高精度的应用场景不适合，比如其他外设正在输出，不允许任何中断打断的情况。
STM32任何定时器都可以实现，下面我们以SysTick 定时器为例介绍：
初始化SysTick 定时器：
1 /* 配置SysTick为1ms */ 2 RCC_GetClocksFreq(&RCC_Clocks); 3 SysTick_Config(RCC_Clocks.HCLK_Frequency / 1000);
中断服务函数：
1 void SysTick_Handler(void) 2 { 3 TimingDelay_Decrement(); 4 } 5 void TimingDelay_Decrement(void) 6 { 7 if (TimingDelay != 0x00) 8 { 9 TimingDelay--; 10 } 11 }
延时函数：
1 void Delay(__IO uint32_t nTime) 2 { 3 TimingDelay = nTime; 4 while(TimingDelay != 0); 5 }
上述工程源码仓库：//github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/02-Template
3、查询定时器
为了解决定时器频繁中断的问题，我们可以使用定时器，但是不使能中断，使用查询的方式去延时，这样既能解决频繁中断问题，又能保证精度。
STM32任何定时器都可以实现，下面我们以SysTick 定时器为例介绍。
STM32的CM3内核的处理器，内部包含了一个SysTick定时器，SysTick是一个24位的倒计数定时器，当计到0时，将从RELOAD寄存器中自动重装载定时初值。只要不把它在SysTick控制及状态寄存器中的使能位清除，就永不停息。
SYSTICK的时钟固定为HCLK时钟的1/8，在这里我们选用内部时钟源120M，所以SYSTICK的时钟为(120/8)M，即SYSTICK定时器以(120/8)M的频率递减。SysTick 主要包含CTRL、LOAD、VAL、CALIB 等4 个寄存器。
▼CTRL：控制和状态寄存器
▼LOAD：自动重装载除值寄存器
▼VAL：当前值寄存器
▼CALIB：校准值寄存器
使用不到，不再介绍
示例代码
1 void delay_us(uint32_t nus) 2 { 3 uint32_t temp; 4 SysTick->LOAD = RCC_Clocks.HCLK_Frequency/1000000/8*nus; 5 SysTick->VAL=0X00;//清空计数器 6 SysTick->CTRL=0X01;//使能，减到零是无动作，采用外部时钟源 7 do 8 { 9 temp=SysTick->CTRL;//读取当前倒计数值 10 }while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));//等待时间到达 11 SysTick->CTRL=0x00; //关闭计数器 12 SysTick->VAL =0X00; //清空计数器 13 } 14 void delay_ms(uint16_t nms) 15 { 16 uint32_t temp; 17 SysTick->LOAD = RCC_Clocks.HCLK_Frequency/1000/8*nms; 18 SysTick->VAL=0X00;//清空计数器 19 SysTick->CTRL=0X01;//使能，减到零是无动作，采用外部时钟源 20 do 21 { 22 temp=SysTick->CTRL;//读取当前倒计数值 23 }while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));//等待时间到达 24 SysTick->CTRL=0x00; //关闭计数器 25 SysTick->VAL =0X00; //清空计数器 26 }
上述工程源码仓库：//github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/04-Delay
4、汇编指令
如果系统硬件资源紧张，或者没有额外的定时器提供，又不想方法1的普通延时，可以使用汇编指令的方式进行延时，不会被编译优化且延时准确。
STM32F207在IAR环境下
1 /*! 2 * @brief 软件延时 3 * @param ulCount:延时时钟数 4 * @return none 5 * @note ulCount每增加1，该函数增加3个时钟 6 */ 7 void SysCtlDelay(unsigned long ulCount) 8 { 9 __asm(" subs r0, #1\n" 10 " bne.n SysCtlDelay\n" 11 " bx lr"); 12 }
这3个时钟指的是CPU时钟，也就是系统时钟。120MHZ，也就是说1s有120M的时钟，一个时钟也就是1/120 us，也就是周期是1/120 us。3个时钟，因为执行了3条指令。
使用这种方式整理ms和us接口，在Keil和IAR环境下都测试通过。
1 /*120Mhz时钟时，当ulCount为1时，函数耗时3个时钟，延时=3*1/120us=1/40us*/ 2 /* 3 SystemCoreClock=120000000 4 us级延时,延时n微秒 5 SysCtlDelay(n*(SystemCoreClock/3000000)); 6 ms级延时,延时n毫秒 7 SysCtlDelay(n*(SystemCoreClock/3000)); 8 m级延时,延时n秒 9 SysCtlDelay(n*(SystemCoreClock/3)); 10 */ 11 12 #if defined (__CC_ARM) /*!< ARM Compiler */ 13 __asm void 14 SysCtlDelay(unsigned long ulCount) 15 { 16 subs r0, #1; 17 bne SysCtlDelay; 18 bx lr; 19 } 20 #elif defined ( __ICCARM__ ) /*!< IAR Compiler */ 21 void 22 SysCtlDelay(unsigned long ulCount) 23 { 24 __asm(" subs r0, #1\n" 25 " bne.n SysCtlDelay\n" 26 " bx lr"); 27 } 28 29 #elif defined (__GNUC__) /*!< GNU Compiler */ 30 void __attribute__((naked)) 31 SysCtlDelay(unsigned long ulCount) 32 { 33 __asm(" subs r0, #1\n" 34 " bne SysCtlDelay\n" 35 " bx lr"); 36 } 37 38 #elif defined (__TASKING__) /*!< TASKING Compiler */ 39 /*无*/ 40 #endif /* __CC_ARM */
上述工程源码仓库：//github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/03-ASM
备注：
理论上：汇编方式的延时也是不准确的，有可能被其他中断打断，最好使用us和ms级别的延时，采用for循环延时的函数也是如此。采用定时器延时理论上也可能不准确的，定时器延时是准确的，但是可能在判断语句的时候，比如if语句，判断延时是否到了的时候，就在判断的时候，被中断打断执行其他代码，返回时已经过了一小段时间。不过汇编方式和定时器方式，只是理论上不准确，在实际项目中，这两种方式的精度已经足够高了。
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