基于stm32f103滴答定时器经验分享

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攻城狮Melo 发布时间：2023-4-16 18:53

技术帖
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文章简介:	基于stm32f103滴答定时器经验分享

滴答定时器：
定时器的本质就是计数器。我们设置一个定值，然后计数器开始计数，从我们给的定值开始往下一直数，当数到0时，就做相应的动作（也可以不做什么，当把它用作延时计时的时候）。

滴答定时器systick是一个内核外设（即：内核自带的）

所以在《STM32F10xxx参考手册中文版.pdf》手册中没有相关描述，我们需要参考内核手册
《STM32F10xxx20xxx21xxxL1xxxx Cortex-M3 programming manual.pdf》

Systick是一个24bit的系统定时器（stm32F407的寄存器名字与位数都与f103一样，但是有些芯片定时器位数不同），向下计数（从定值开始数到0），当计数到0时，在下一个时钟边沿，会重复计数。所以如果我们用完定时器后，不再继续使用它时，记得要将定时器关掉，否则它就一直在重复计数，增加了功耗。

Systick的作用
1.产生一个精准的定时
2.FreeRTOS时基由Systick提供

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配置滴答定时器：

红框中就是滴答定时器的时钟，我们可以看到分频系数为8，所以滴答定时器的频率为：72M/8 = 9Mhz

配置滴答定时器我们需要下面几个寄存器：

注意：第16位，是定时完成标志位，每当计数到0时，该标志位就会置1。

注意：由于定时器是24位的，所以给定时器装载的定值是有一个范围的，红框中就是范围，范围为0x000001 ~ 0xFFFFFF

$SNCE360KPH_{K{XBYE)3WIW.png$

编程
产生Nms定时编程步骤：
      1》配置时钟源---AHB8分频，并且关闭定时器-----初始化（while（1）之前）
      2》设置计数值---N*9000
      3》清除当前值寄存器----注意：清除当前值寄存器，STK_CTRL寄存器的第16位会自动清0
      4》打开定时器
      5》等待定时器结束
      6》关闭定时器

代码：
uint32_t fu_ms;  // 1ms需要计的次数
uint32_t fu_us;  // 1us需要计的次数

void Systick_Config(uint32_t Sysclk)       //Sysclk就是系统时钟频率72Mhz，但是这里用72表示72Mhz
{
// 1》配置时钟源---AHB8分频，并且关闭定时器-----初始化（while（1）之前）
SysTick->CTRL  &=~0x05;       //这里关闭定时器的原因是，有可能之前没有关闭，所以一开始先将其关闭，再进行配置

fu_us  =Sysclk/8;             // 72/8 = 9，即：表示9Mhz
fu_ms  =fu_us*1000;       //9*1000 = 9000，由前面知道，在9Mhz下，计数9000次为1ms
}

// 定时Nms程序，ms级延时
void Systick_NmsDelay(uint32_t Nms)
{
uint32_t temp;
// 2》设置计数值---N*9000
SysTick->LOAD =Nms * fu_ms;

// 3》清除当前值寄存器----因为清除当前值寄存器，STK_CTRL的第16位（定时完成标志位）就会自动清0
SysTick->VAL =0;       //清除标志位

// 4》打开定时器
SysTick->CTRL |=0x01;

// 5》等待定时器结束
do{
      temp=SysTick->CTRL;
}while(!(temp&(1<<16)));       //判断CTRL寄存器第16位是否为1。如果为1，则说明计数数到0了，此时计数完成

// 6》关闭定时器
SysTick->CTRL &=~0x01;
}

解析：

1.我们先来看程序，定时器程序为什么被分成  Systick_Config(uint32_t Sysclk)  、Systick_NmsDelay(uint32_t Nms)两部分来写？

      因为，Systick_Config(uint32_t Sysclk) 中的配置，在整个程序中只需要被初始化一次就行了，而Systick_NmsDelay(uint32_t Nms)是延时函数，它会被多次使用。如果将Systick_Config(uint32_t Sysclk)与Systick_NmsDelay(uint32_t Nms)写在一起的话，那么多次调用该函数时，原本只需要被初始化一次的语句，就会被多次执行，浪费CPU资源。

2.为什么程序中的这部分需要用do.....while而不用while()?

      这里需要用do....while而不用while，是因为需要先执行temp = SysTick->CTRL; 将SysTick->CTRL寄存器中的值赋值给变量temp，然后再对temp进行真假判断，即：!(temp&(1<<16))。temp&(1<<16)为读取SysTick->CTRL中的第16位是1还是0，如果第16位是1，则为真，但是由于非 "!" 的存在，所以 ! (temp & (1<<16))就为假，所以此时do.....while循环不再循环下去。如果第16位是0，则为假，但是由于非 "!" 的存在，所以 ! (temp & (1<<16))为真，所以此时do.....while循环将继续循环下去。等到第16位变为1，也就是定时完成标志位置1时，如上所述，while循环将不再循环下去，此时计数器计数完成。

3.  由上面知滴答定时器的计数器是24位的，其计数范围为 0x000001 ~ 0xFFFFFF ，即：1 ~ 16,777,215，那么如果我需要计的数超过了这个范围呢？我该怎么办？

      由前面知，计数9000下，延时1ms。所以，16,777,215可以延时1864ms，即：  =  1864 。也就是说，在9Mhz频率下，将计数器计满，可以实现延时1864ms。

      的确，如果我想要延时2000ms，那么由于超过计数器的计数范围，那么滴答定时器就不会正常工作了。

所以，我们改下一下程序：
// 定时Nms程序
void Systick_NmsDelay(uint32_t Nms)
{
uint8_t  systick_flag=0;
uint32_t temp;

while(0==systick_flag){

      if(Nms>1864){
         SysTick->LOAD =1864 * fu_ms;
         Nms =Nms -1864;
      }else{
         // 2》设置计数值---N*9000
         SysTick->LOAD =Nms * fu_ms;
         systick_flag=1;
      }

      // 3》清除当前值寄存器----因为清除当前值寄存器，STK_CTRL的第16位会清0
      SysTick->VAL =0;

      // 4》打开定时器
      SysTick->CTRL |=0x01;

      // 5》等待定时器结束
      do{
         temp=SysTick->CTRL;
      }while(!(temp&(1<<16)));

      // 6》关闭定时器
      SysTick->CTRL &=~0x01;

   }

}

这样的话，就解决了1864问题了。

4.us级的延时程序是什么？

// 定时Nus程序
void Systick_NusDelay(uint32_t Nus)
{
uint32_t temp;
// 2》设置计数值---N*9
SysTick->LOAD =Nus * fu_us;       //us与ms的程序就只有这里改变了

// 3》清除当前值寄存器----因为清除当前值寄存器，STK_CTRL的第16位会清0
SysTick->VAL =0;

// 4》打开定时器
SysTick->CTRL |=0x01;

// 5》等待定时器结束
do{
      temp=SysTick->CTRL;
}while(!(temp&(1<<16)));

// 6》关闭定时器
SysTick->CTRL &=~0x01;
}

注意:
      在FreeRTOS操作系统中，不能使用我们自己设置的Systick来进行延时，因为FreeRTOS时基是由Systick提供（裸机的时基是由晶振提供的）。这是什么意思？

      FreeRTOS时基是由Systick提供，时基是需要保持不变的，所以Systick寄存器中的值必须是固定的，是不允许被修改的。但是，如果我们在FreeRTOS中用我们手动设置的Systick来进行延时，我们必定会去修改Systick寄存器中的值来得到我们需要的延时。所以，此时如果在FreeRTOS中使用我们手动设置的Systick去进行延时，那么就会卡死。解决办法：使用软件延时，delay()函数来代替Systick延时。代码如下：

//初始化延迟函数
//SYSTICK的时钟固定为AHB时钟，基础例程里面SYSTICK时钟频率为AHB/8
//这里为了兼容FreeRTOS，所以将SYSTICK的时钟频率改为AHB的频率！
//SYSCLK:系统时钟频率
void delay_init(u8 SYSCLK)
{
u32 reload;
   SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);
fac_us=SYSCLK;                         //不论是否使用OS,fac_us都需要使用
reload=SYSCLK;                         //每秒钟的计数次数单位为M
reload*=1000000/configTICK_RATE_HZ;       //根据configTICK_RATE_HZ设定溢出时间
                                          //reload为24位寄存器,最大值:16777216,在168M下,约合0.0998s左右
fac_ms=1000/configTICK_RATE_HZ;          //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/configTICK_RATE_HZ断一次
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启SYSTICK
}

//延时nus
//nus:要延时的us数.
//nus:0~204522252(最大值即2^32/fac_us@fac_us=168)
void delay_us(u32 nus)
{
u32 ticks;
u32 told,tnow,tcnt=0;
u32 reload=SysTick->LOAD;             //LOAD的值
ticks=nus*fac_us;                      //需要的节拍数
told=SysTick->VAL;                      //刚进入时的计数器值
while(1)
{
      tnow=SysTick->VAL;
      if(tnow!=told)
      {
         if(tnow<told)tcnt+=told-tnow; //这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
         else tcnt+=reload-tnow+told;
         told=tnow;
         if(tcnt>=ticks)break;          //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
      }
};
}

//延时nms
//nms:要延时的ms数
//nms:0~65535
void delay_ms(u32 nms)
{
if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
{
      if(nms>=fac_ms)                      //延时的时间大于OS的最少时间周期
      {
            vTaskDelay(nms/fac_ms);          //FreeRTOS延时
      }
      nms%=fac_ms;                      //OS已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时
}
delay_us((u32)(nms*1000));             //普通方式延时
}

//延时nms,不会引起任务调度
//nms:要延时的ms数
void delay_xms(u32 nms)
{
u32 i;
for(i=0;i<nms;i++) delay_us(1000);
}
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