STM32 HAL 库 uS 延时的 3 种实现方式

嵌入式大杂烩 2021-02-20 00:00

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CU BEMX 可视化初始化配置，结合 HAL 库，给我们开发带来了很多便利，但 HAL 库封装的延时函数目前仅支持 ms 级别的延时，日常很多情况下会用到 us 延时，特别是一些传感器的数据读取过程，对时序要求比较严格，us 延时必不可少，基于此项需求，此次给大家介绍 3 种 uS 延时的实现方式，方法同样适用标准库，不足之处，还请大佬指出。

实验目标

使用普通定时器实现 us 延时
使用 Systick 功能实现 us 延时
使用 for 循环实现 us 延时

1、普通定时器实现 us 延时

使用定时器 TIM2 来实现 us 延时，采用 cubemx 对工程进行配置，时钟是 MCU 的心脏，先对时钟进行配置。

1.1、外部时钟选择

也可以使用内部 RC 高速时钟，本次主要介绍使用外部高速时钟，上图：

我板子上焊接的是 8M 的晶体，如果小伙伴们的板子上不是 8M，根据自己的晶振频率配置即可，左侧圈 1 中，可以根据自己的晶体频率，输入相应的频率，经过分频、倍频后，系统时钟频率设置为最大，168MHZ，APB1 的时钟频率为 84MHZ，也是后面用到的 TIM2 挂载的时钟源的频率。

1.2、TIM2 基础配置

这个就比较简单了，分频系数 83，计数单位为 84MHZ/84 = 1uS,向上计数方式，周期 65535，由于没有使用到中断，不需要开启中断。

时钟及定时器的配置就完成了，下面是 cubemx 生成工程时的几项设置，建议大家勾选。首先是 HAL 库是否需要包含所有的文件，我们选择只需要用到的文件，这样可以缩短工程编译时间，只编译我们用到的库文件，接着是勾选为每个外设生成单独的.c .h 文件，这个建议一定要勾选，会使代码结构非常清晰，第三点就非常的重要了，用过 cubemx 的小伙伴是否遇到过每次重新生成工程后，之前添加的文件都不见了，这一项勾选之后，会保留用户文件。

然后是编译器选择，可以根据自己喜欢的 IDE 选择，我选择的是 KEIL5。

至此，配置工作就完成了，生成工程就可以了。

1.3、代码实现

/*
 普通定时器实现us延时
*/
void user_delaynus_tim(uint32_t nus)
{

 uint16_t  differ = 0xffff-nus-5;
 //设置定时器2的技术初始值
  __HAL_TIM_SetCounter(&htim2,differ);
  //开启定时器
  HAL_TIM_Base_Start(&htim2);

  while( differ<0xffff-5)
 {
  differ = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2);
 };
 //关闭定时器
  HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);
}

/*
 普通定时器实现ms延时，可直接使用HAL库函数HAL_delay（）
*/
void delay_ms_tim(uint16_t nms)
{
 uint32_t i;
 for(i=0;i<nms;i++) user_delaynus_tim(1000);
}

1.4、实现效果

通过延时翻转 IO，逻辑分析仪测试延时时间，分别测试了延时 20us，500ms，下面是测量图：

2、Systick 功能实现 us 延时

2.1、Systick介绍

CM3与CM4包含一个系统计数器SysTick，是一个24位倒计数定时器，当计数到0 时，将从RELOAD寄存器中自动重装载定时初值，只要把它在SysTick->CTRL中的使能位清除，则一直存在。寄存器介绍：

相应代码在core_cm4.h中

/**
  \brief  Structure type to access the System Timer (SysTick).
 */
typedef struct
{
  __IOM uint32_t CTRL;                   /*!< Offset: 0x000 (R/W)  SysTick Control and Status Register */
  __IOM uint32_t LOAD;                   /*!< Offset: 0x004 (R/W)  SysTick Reload Value Register */
  __IOM uint32_t VAL;                    /*!< Offset: 0x008 (R/W)  SysTick Current Value Register */
  __IM  uint32_t CALIB;                  /*!< Offset: 0x00C (R/ )  SysTick Calibration Register */
} SysTick_Type;

SysTick控制及状态寄存器（0xE000_E010）: 该寄存器第0位：表示SysTick使能位，0表示关；1表示开；SysTick_CTRL_ENABLE_Mask；第1位：表示SysTIck中断使能位，0-表示关闭中断；1-打开中断；SysTick_CTRL_TICKINT_Mask

第2位：表示时钟源选择位，0，表示HCLK/8；1表示HCLK作为时钟源；SysTick_CTRL_SOURCE_Mask;

第16位：表示计数比较标志，如果上次读取本寄存器，计算到了0，则该位置1，如果读取该位，该位将自动清零。SysTick的LOAD寄存器：为递减计数，是24位寄存器，最大值为0xFFFFFF；SysTick的VAL寄存器：24位寄存器，读取时返回当前计数值，写它则使其清零，同时会清零CTRL寄存器中的COUNTFLAG标志。

2.2、代码实现

/*
Systick功能实现us延时，参数SYSCLK为系统时钟
*/
uint32_t fac_us;

void HAL_Delay_us_init(uint8_t SYSCLK)
{
     fac_us=SYSCLK; 
}

void HAL_Delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t ticks;
    uint32_t told,tnow,tcnt=0;
    uint32_t reload=SysTick->LOAD;
    ticks=nus*fac_us; 
    told=SysTick->VAL; 
    while(1)
    {
        tnow=SysTick->VAL;
        if(tnow!=told)
        {
            if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;
            else tcnt+=reload-tnow+told;
            told=tnow;
            if(tcnt>=ticks)break; 
        }
    };
}

2.3 实现效果

通过延时翻转IO，逻辑分析仪测试延时时间，测试了延时 20us，下面是测量图：

for循环实现us延时

这个方法比较接地气，采用NOP空语句实现，具体实现起来最好是看汇编代码，有兴趣的小伙伴可以研究研究，直接上代码：

/*
for循环实现延时us
*/
void for_delay_us(uint32_t nus)
{
 uint32_t Delay = nus * 168/4;
 do
 {
  __NOP();
 }
 while (Delay --);
}

实现效果：通过延时翻转IO，逻辑分析仪测试延时时间，测试了延时 20us，下面是测量图：

本次要分享的内容就要结束啦，希望对us延时有疑惑的小伙伴有帮助，实现方法不止这些，暂时就分享这3种。