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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。
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。
//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);
}
}
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:
/* 配置SysTick为1ms */
RCC_GetClocksFreq(&RCC_Clocks);
SysTick_Config(RCC_Clocks.HCLK_Frequency / 1000);
中断服务函数:
void SysTick_Handler(void)
{
TimingDelay_Decrement();
}
void TimingDelay_Decrement(void)
{
if (TimingDelay != 0x00)
{
TimingDelay--;
}
}
延时函数:
void Delay(__IO uint32_t nTime)
{
TimingDelay = nTime;
while(TimingDelay != 0);
}
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
▼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
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
}
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
/*!
* @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");
}
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。
/*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 */
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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