STM32延時函式的四種方法

Fireflycjd發表於2021-01-20
函式

微控制器程式設計過程中經常用到延時函式，最常用的莫過於微秒級延時delay_us()和毫秒級delay_ms()。本文基於STM32F207介紹4種不同方式實現的延時函式。

1、普通延時

這種延時方式應該是大家在51微控制器時候，接觸最早的延時函式。這個比較簡單，讓微控制器做一些無關緊要的工作來打發時間，經常用迴圈來實現，在某些編譯器下，程式碼會被優化，導致精度較低，用於一般的延時，對精度不敏感的應用場景中。

 1 //微秒級的延時
 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 //毫秒級的延時
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 }

上述工程原始碼倉庫：https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/02-Template

2、定時器中斷

定時器具有很高的精度，我們可以配置定時器中斷，比如配置1ms中斷一次，然後間接判斷進入中斷的次數達到精確延時的目的。這種方式精度可以得到保證，但是系統一直在中斷，不利於在其他中斷中呼叫此延時函式，有些高精度的應用場景不適合，比如其他外設正在輸出，不允許任何中斷打斷的情況。

STM32任何定時器都可以實現，下面我們以SysTick 定時器為例介紹：

初始化SysTick 定時器：

1 /* 配置SysTick為1ms */
2 RCC_GetClocksFreq(&RCC_Clocks);
3 SysTick_Config(RCC_Clocks.HCLK_Frequency / 1000);

中斷服務函式：

 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 }

延時函式：

1 void Delay(__IO uint32_t nTime)
2 {
3   TimingDelay = nTime;
4   while(TimingDelay != 0);
5 }

上述工程原始碼倉庫：https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/02-Template

3、查詢定時器

為了解決定時器頻繁中斷的問題，我們可以使用定時器，但是不使能中斷，使用查詢的方式去延時，這樣既能解決頻繁中斷問題，又能保證精度。

STM32任何定時器都可以實現，下面我們以SysTick 定時器為例介紹。

STM32的CM3核心的處理器，內部包含了一個SysTick定時器，SysTick是一個24位的倒計數定時器，當計到0時，將從RELOAD暫存器中自動重灌載定時初值。只要不把它在SysTick控制及狀態暫存器中的使能位清除，就永不停息。

SYSTICK的時鐘固定為HCLK時鐘的1/8，在這裡我們選用內部時鐘源120M，所以SYSTICK的時鐘為(120/8)M，即SYSTICK定時器以(120/8)M的頻率遞減。SysTick 主要包含CTRL、LOAD、VAL、CALIB 等4 個暫存器。

                                       ▼CTRL：控制和狀態暫存器

                                       ▼LOAD：自動重灌載除值暫存器

                                        ▼VAL：當前值暫存器

                                 ▼CALIB：校準值暫存器

使用不到，不再介紹

示例程式碼

 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;//清空計數器
 6   SysTick->CTRL=0X01;//使能，減到零是無動作，採用外部時鐘源
 7   do
 8   {
 9     temp=SysTick->CTRL;//讀取當前倒計數值
10   }while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));//等待時間到達
11   SysTick->CTRL=0x00; //關閉計數器
12   SysTick->VAL =0X00; //清空計數器
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;//清空計數器
19   SysTick->CTRL=0X01;//使能，減到零是無動作，採用外部時鐘源
20   do
21   {
22     temp=SysTick->CTRL;//讀取當前倒計數值
23   }while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));//等待時間到達
24   SysTick->CTRL=0x00; //關閉計數器
25   SysTick->VAL =0X00; //清空計數器
26 }

上述工程原始碼倉庫：https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/04-Delay

4、彙編指令

如果系統硬體資源緊張，或者沒有額外的定時器提供，又不想方法1的普通延時，可以使用匯編指令的方式進行延時，不會被編譯優化且延時準確。

STM32F207在IAR環境下 

 1 /*!
 2  *  @brief     軟體延時 
 3  *  @param    ulCount:延時時鐘數
 4  *  @return none
 5  *    @note     ulCount每增加1，該函式增加3個時鐘
 6  */
 7 void SysCtlDelay(unsigned long ulCount)
 8 {
 9     __asm("    subs    r0, #1\n"
10           "    bne.n   SysCtlDelay\n"
11           "    bx      lr");
12 }

這3個時鐘指的是CPU時鐘，也就是系統時鐘。120MHZ，也就是說1s有120M的時鐘，一個時鐘也就是1/120 us，也就是週期是1/120 us。3個時鐘，因為執行了3條指令。

使用這種方式整理ms和us介面，在Keil和IAR環境下都測試通過。

 1 /*120Mhz時鐘時，當ulCount為1時，函式耗時3個時鐘，延時=3*1/120us=1/40us*/
 2 /*
 3 SystemCoreClock=120000000
 4 us級延時,延時n微秒
 5 SysCtlDelay(n*(SystemCoreClock/3000000));
 6 ms級延時,延時n毫秒
 7 SysCtlDelay(n*(SystemCoreClock/3000));
 8 m級延時,延時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 /*無*/
40 #endif /* __CC_ARM */

上述工程原始碼倉庫：https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/03-ASM

 

備註：

理論上：彙編方式的延時也是不準確的，有可能被其他中斷打斷，最好使用us和ms級別的延時，採用for迴圈延時的函式也是如此。採用定時器延時理論上也可能不準確的，定時器延時是準確的，但是可能在判斷語句的時候，比如if語句，判斷延時是否到了的時候，就在判斷的時候，被中斷打斷執行其他程式碼，返回時已經過了一小段時間。不過彙編方式和定時器方式，只是理論上不準確，在實際專案中，這兩種方式的精度已經足夠高了。

 

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