STM32延时函数的四种方法

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:https://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:https://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

STM32延时函数的四种方法

                                       ▼LOAD:自动重装载除值寄存器

STM32延时函数的四种方法

                                        ▼VAL:当前值寄存器

STM32延时函数的四种方法

                                 ▼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:https://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 /**/
40 #endif /* __CC_ARM */

上述工程源码仓库:https://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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