STM32学习笔记--Systick定时器+delay延时函数

基于正点原子mini开发板、STM32RCT6、库函数

一、Systick定时器介绍

  ARM Cortex-M3 内核的处理器内部包含了一个简单的SysTick 定时器，它是一个24 位的倒计数定时器。
  SysTick：系统定时器，24位到计数定时器，只能递减，存在于内核，嵌套在NVIC(中断向量控制器)中，所有的Cortex-M内核的单片机都具有这个定时器。
⚫ 当计到 0 时它就会从RELOAD 寄存器中自动重装载定时初值。只要不把CTRL 寄存器中的 ENABLE 为清 0，它就永不停息，即使在睡眠模式下也能工作。
⚫ SysTick定时器能产生中断
⚫ Systick定时器常用来做延时，或者实时系统的心跳时钟。这样可以节省MCU资源，不用浪费一个复杂的定时器去实现简单的功能，比如在UCOS中，分时复用，需要一个最小的时间戳，一般在STM32+UCOS系统中，都采用Systick做UCOS的心跳时钟。

二、Systick相关寄存器

  4个Systick寄存器：

CTRL SysTick 控制和状态寄存器

LOAD SysTick 自动重装载除值寄存器

VAL SysTick 当前值寄存器

CALIB SysTick 校准值寄存器

1.SysTick 控制和状态寄存器- CTRL

  对于STM32，外部时钟源是HCLK(AHB总线时钟)的1/8；内核时钟是HCLK时钟。配置函数：

SysTick_CLKSourceConfig();

2.SysTick 重装载数值寄存器- LOAD

3.SysTick 当前值寄存器- VAL

三、Systick相关库函数

1.SysTick_Config(uint32_t ticks)

SysTick_Config(uint32_t ticks) //初始化systick,时钟为HCLK,并开启中断
                               //core_cm3.h文件中

 主要的作用：
1)、初始化systick
2)、打开systick
3)、打开systick的中断并设置优先级
4)、返回一个0代表成功或1代表失败

static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
      
  if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            /* Reload value impossible */
                                                               
  SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;      /* set reload register */
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  /* set Priority for Cortex-M0 System Interrupts */
  SysTick->VAL   = 0;                                          /* Load the SysTick Counter Value */
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | 
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   | 
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
  return (0);                                                  /* Function successful */
}

  Uint32_t ticks 即为重装值,这个函数默认使用的时钟源是AHB，即不分频。要想分频，调用voidSysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)，但是要注意函数调用的次序，先SysTick_Config(uint32_t ticks)，后SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource).
2.SysTick_CLKSourceConfig()
  函数原型：

SysTick_CLKSourceConfig() //Systick时钟源选择 
                          //misc.c文件中

  用于选择Systick的时钟源：

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;
}
else
{
     
SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;
}
}

3.Systick中断服务函数：

void SysTick_Handler(void);

四、delay延时函数

1.delay_init 函数

//初始化延迟函数
//当使用 OS 的时候,此函数会初始化 OS 的时钟节拍
//SYSTICK 的时钟固定为 HCLK 时钟的 1/8
void delay_init()
{
     
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果需要支持 OS.
u32 reload;
#endif
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
//选择外部时钟 HCLK/8
fac_us=SystemCoreClock/8000000; //为系统时钟的 1/8
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果需要支持 OS.
reload=SystemCoreClock/8000000; //每秒钟的计数次数 单位为 M
reload*=1000000/delay_ostickspersec; //根据 delay_ostickspersec 设定溢出时间
//reload 为 24 位寄存器,最大值:16777216,在 72M 下,约合 1.86s 左右
fac_ms=1000/delay_ostickspersec; //代表 OS 可以延时的最少单位
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk; //开启 SYSTICK 中断
SysTick->LOAD=reload; //每 1/delay_ostickspersec 秒中断一次
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启 SYSTICK
#else
fac_ms=(u16)fac_us*1000; //非 OS 下,代表每个 ms 需要的 systick 时钟数
#endif
}

  SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);这一句把SysTick的时钟选择外部时钟，这里需要注意的是：SysTick 的时钟源自 HCLK 的 8 分频，假设我们外部晶振为 8M，然后倍频到 72M，那么 SysTick 的时钟即为 9Mhz，也就是 SysTick 的计数器 VAL 每减 1，就代表时间过了 1/9us。所以 fac_us=SystemCoreClock/8000000;这句话就是计算在 SystemCoreClock时钟频率下延时 1us 需要多少个 SysTick 时钟周期。同理，fac_ms=(u16)fac_us*1000;就是计算延时1ms 需要多少个 SysTick 时钟周期，它自然是 1us 的 1000 倍。初始化将计算出 fac_us 和fac_ms 的值。在不使用 OS 的时候：fac_us，为 us 延时的基数，也就是延时 1us，SysTick->LOAD 所应设置的值。fac_ms 为 ms 延时的基数，也就是延时 1ms，SysTick->LOAD 所应设置的值。fac_us为 8 位整形数据，fac_ms 为 16 位整形数据。Systick 的时钟来自系统时钟 8 分频，正因为如此，系统时钟如果不是 8 的倍数(不能被 8 整除)，则会导致延时函数不准确，所以推荐外部时钟选择 8M 的原因。
2.delay_us 函数

//延时 nus
//nus 为要延时的 us 数.
void delay_us(u32 nus)
{
     
u32 temp;
SysTick->LOAD=nus*fac_us; //时间加载
SysTick->VAL=0x00; //清空计数器
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数
do
{
     
temp=SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));//等待时间到达
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
}

  先把要延时的 us 数换算成 SysTick 的时钟数，然后写入 LOAD 寄存器。然后清空当前寄存器 VAL 的内容，再开启倒数功能。等到倒数结束，即延时了 nus。最后关闭SysTick，清空 VAL 的值。实现一次延时 nus的操作，但是这里要注意 nus 的值，不能太大，必须保证 nus<=（2^24）/fac_us，否则将导致延时时间不准确。temp&0x01，这一句是用来判断 systick 定时器是否还处于开启状态，可以防止 systick 被意外关闭导致的死循环。
3.delay_ms 函数

//延时 nms
//注意 nms 的范围
//SysTick->LOAD 为 24 位寄存器,所以,最大延时为:
//nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK
//SYSCLK 单位为 Hz,nms 单位为 ms
//对 72M 条件下,nms<=1864
void delay_ms(u16 nms)
{
     
u32 temp;
SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;//时间加载(SysTick->LOAD 为 24bit)
SysTick->VAL =0x00; //清空计数器
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数
do
{
     
temp=SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));//等待时间到达
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
}

 此部分代码 delay_us大致一样，但是要注意因为 LOAD 仅仅是一个 24bit 的寄存器，延时的 ms 数不能太长。否则超出了 LOAD 的范围，高位会被舍去，导致延时不准。最大延迟 ms 数可以通过公式：nms<=0xffffff81000/SYSCLK 计算。SYSCLK 单位为 Hz，nms 的单位为 ms。如果时钟为 72M，那么 nms 的最大值为 1864ms。超过这个值，建议通过多次调用 delay_ms 实现，否则就会导致延时不准确。