STM32使用systick定时器定义硬件精准延时函数

前言

1. 博文基于STM32F103ZET6和标准固件库V3.5.0在MDK5环境下开发；
2. 本博文讨论的是芯片不运行操作系统的情况下完成1s的延时功能;
3. 如有不足之处还请多多指教；

SysTick—系统滴答定时器是什么？

是一个24位的硬件倒计数定时器；

SysTick的功能是什么？（分两种情况）

1. 芯片运行操作系统（UCOS）情况下做：为操作系统（例如UCOS）提供硬件上的定时中断（滴答中断），作为整个系统的时基，为多个任务分配不同的时间片，确保不会出现一个任务霸占系统的情况；或者把每个定时器周期的某个时间范围赐予特定的任务等；还有操作系统提供的各种定时功能；
2. 不运行操作系统，单纯做定时器：提供精准的定时功能；

SysTick的特点

1. 和以往的外设定时器不同，SysTick这个定时器以及相关寄存器在CM3内核里。《STM32使用手册》里对并没有涉及SysTick的内容，只能去《Cortex-M3权威指南》看（PDF的133页）；寄存的可寻址，且寄存器被定义在程序包中的core_m3.c 中，涉及相关的编程时一定要注意；
2. 可以工作在芯片的睡眠状态下；
3. SysTick被捆绑在NVIC（中断向量控制器）中，可以产生异常（异常号：15），这是在操作系统下为系统提供时间基准的必要条件；
4. 每个CM3内核都含有一个SysTick，这样方便程序移植；
5. SysTick时钟源的选择可以来自于外部，也可以来自于内部；使用来自外部的时钟源的时候要根据具体芯片生产厂商的手册；（本博文采用外部时钟源）

SysTick的四个相关寄存器（图片摘取《Cortex-M3权威指南》）

CTRL控制及状态寄存器

描述中解释的都很清楚，这里强调两个重要的点：

1. 位[16]：只能读，不能写，算是一个状态位；如果计数器达到0，则读入为1;当读取或清除当前计数器值时，将自动清除为0；
2. 地址：0xE000E010 ,这是本寄存器地址，一会编程的时候要用到；

LOAD重装载数值寄存器

VAL当前值寄存器

CALIB校准数值寄存器（这个寄存器在本博客中用不到）

SysTick时钟源的选择（两个）

在红框处，其实我是有疑问的：红框处提供的有3个时钟源HCLK，HCLK/8，FCLK；从名字上来看，FCLK似乎就是上面提到的SysTick的CTRL寄存器中时钟源可选择的内核时钟；但是从标准库函数提供的函数名上来看，提供内核时钟的是HCLK时钟源，提供外部时钟的是HCLK/8时钟源；看如下代码：

/*此段为我自己写的，为初始化SysTick*/
void delay_Init(void)
{
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //设置SysTick时钟源为外部时钟源--HCLK/8；
	fac_us=SystemCoreClock/8000000;     //系统内核时钟，即CM3的时钟；
	fac_ms=(u16)fac_us*1000;					
}

/*此段代码为库文件 misc.c中关于配置SysTick时钟源的函数*/
void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SysTick_CLKSource));
  if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK)
  {
    SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK;   //0x00000004  选择时钟源为内部时钟源
  }
  else
  {
    SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;  //0xFFFFFFFB  选择时钟源为外部时钟源
  }
}

/*此段代码是misc.h文件中的关于时钟源的选项*/
#define SysTick_CLKSource_HCLK_Div8    ((uint32_t)0xFFFFFFFB)
#define SysTick_CLKSource_HCLK         ((uint32_t)0x00000004)
#define IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SOURCE) (((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK) || \
                                       ((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK_Div8))

从以上三段代码来看： SysTick_CLKSource_HCLK_Div8 和 SysTick_CLKSource_HCLK是配置CTRL时钟源选择的值，由于这两个符号里都包含HCLK，所以我认为，SysTick的时钟源就来自于上面时钟框图中的HCLK和HCLK/8（先这么理解着，即使理解的不对，并不影响这个程序的进行，因为HCLK和FCLK的时钟频率是一样的，只是名字不同而已）

好了，关系都捋清了，只差代码了；

SysTick的配置和1s延时

配置步骤：（这一个函数的执行从头到尾就是1s）

1. 配置SysTick时钟源；
2. 获取SysTick计数器递减周期（每个周期计数器减一），这个需要计算；
3. 根据上面的递减周期配置重载寄存器LOAD；
4. 清零当前值寄存器VAL；
5. 使能定时器（使能CTRL寄存器使能位）；
6. 等待VAL递减到0，从而CTRL寄存器的计数标志位COUNTFLAG被置1；
7. 延时完成，函数的最后关闭定时器（关闭CTRL寄存器使能位）；
8. 函数结束；

所以综合叙述一下就是，先配置时钟源，有了时钟源就能确定当前值寄存器VAL递减周期，然后根据递减周期与1s之间的算数关系配置重载寄存器，然后使能寄存器后只需检测CTRL寄存器的计数标志位即可，

1s延时代码：

#include 

u32 fac_us;
u32 fac_ms;

void delay_Init(void)
{	/*
	配置时钟源为外部HCLK/8，经标准库初始化后的HCLK = 72MHz，
	即SysTick计数器的时钟源频率为72MHz/8 = 9MHz，即每9M个方波就是1s（秒基准），
	每9000个脉冲1ms（毫秒基准），每9个秒冲就是1us（微妙基准）；
	所以我们可以认为当前值寄存器VAL的递减周期就是：每(1/9)us就减1；即每经过1us，经过了9个方波；
	*/
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); 
	fac_us=SystemCoreClock/8000000;     //最终fac_us=9；
	fac_ms=fac_us*1000;							//fac_ms = 9000;			
}

void delay_us(u32 nus)  
{																						//注意这里的SysTick变量是结构体指针变量；
	SysTick->LOAD=nus*fac_us;   									//将要定时的时间（nus*fac_us）装载重载寄存器；
	SysTick->VAL =0x00;         											//清零当前值寄存器；
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; 	//使能控制寄存器（CTRL），开启定时器；
	while((SysTick->CTRL) >> 16 != 1);				          //等待被重新转载后的当前值寄存器递减到0，从而使得控制寄存器的计数标志位被置1；

	SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Pos;  //关闭计数器（注意运算符是|=，这一点一定要特别注意，因为此处配置的是CTRL寄存器，小心把其他位也给配置了，下面的程序也是一样）
}

void delay_ms(u32 nms)   //含义和上面一样；  当nms=1000是即可获得1s延时；
{		
	SysTick->LOAD=nms*fac_ms;
	SysTick->VAL =0x00;
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;
	while((SysTick->CTRL) >> 16 != 1);

	SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Pos;       	
}