STM32延时函数的四种方法

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STMCU 发布时间：2020-9-7 10:28

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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。

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。

//微秒级的延时
void delay_us(uint32_t delay_us)
{
volatile unsigned int num;
volatile unsigned int t;
for (num = 0; num < delay_us; num++)
{
t = 11;
while (t != 0)
{
t--;
}
}
}
//毫秒级的延时
void delay_ms(uint16_t delay_ms)
{
volatile unsigned int num;
for (num = 0; num < delay_ms; num++)
{
delay_us(1000);
}
}

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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：

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

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中断服务函数：

void SysTick_Handler(void)
{
TimingDelay_Decrement();
}
void TimingDelay_Decrement(void)
{
if (TimingDelay != 0x00)
{
TimingDelay--;
}
}

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延时函数：

void Delay(__IO uint32_t nTime)
{
TimingDelay = nTime;
while(TimingDelay != 0);
}

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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

void delay_us(uint32_t nus)
{
uint32_t temp;
SysTick->LOAD = RCC_Clocks.HCLK_Frequency/1000000/8*nus;
SysTick->VAL=0X00;//清空计数器
SysTick->CTRL=0X01;//使能，减到零是无动作，采用外部时钟源
do
{
temp=SysTick->CTRL;//读取当前倒计数值
}while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));//等待时间到达
SysTick->CTRL=0x00; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
}
void delay_ms(uint16_t nms)
{
uint32_t temp;
SysTick->LOAD = RCC_Clocks.HCLK_Frequency/1000/8*nms;
SysTick->VAL=0X00;//清空计数器
SysTick->CTRL=0X01;//使能，减到零是无动作，采用外部时钟源
do
{
temp=SysTick->CTRL;//读取当前倒计数值
}while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));//等待时间到达
SysTick->CTRL=0x00; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
}

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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

/*!
* @brief 软件延时
* @param ulCount:延时时钟数
* @return none
* @note ulCount每增加1，该函数增加3个时钟
*/
void SysCtlDelay(unsigned long ulCount)
{
__asm(" subs r0, #1\n"
" bne.n SysCtlDelay\n"
" bx lr");
}

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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1/120us，也就是周期是1/120us。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。

/*120Mhz时钟时，当ulCount为1时，函数耗时3个时钟，延时=3*1/120us=1/40us*/
/*
SystemCoreClock=120000000
us级延时,延时n微秒
SysCtlDelay(n*(SystemCoreClock/3000000));
ms级延时,延时n毫秒
SysCtlDelay(n*(SystemCoreClock/3000));
m级延时,延时n秒
SysCtlDelay(n*(SystemCoreClock/3));
*/
#if defined (__CC_ARM) /*!< ARM Compiler */
__asm void
SysCtlDelay(unsigned long ulCount)
{
subs r0, #1;
bne SysCtlDelay;
bx lr;
}
#elif defined ( __ICCARM__ ) /*!< IAR Compiler */
void
SysCtlDelay(unsigned long ulCount)
{
__asm(" subs r0, #1\n"
" bne.n SysCtlDelay\n"
" bx lr");
}
#elif defined (__GNUC__) /*!< GNU Compiler */
void __attribute__((naked))
SysCtlDelay(unsigned long ulCount)
{
__asm(" subs r0, #1\n"
" bne SysCtlDelay\n"
" bx lr");
}
#elif defined (__TASKING__) /*!< TASKING Compiler */
/*无*/
#endif /* __CC_ARM */

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注释

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。