【STM32F103】SysTick系统定时器&延时函数

SysTick

SysTick是Cortex-M3内核中的一个外设，内嵌在NVIC中，叫系统定时器。

当处理器在调试期间被喊停时，SysTick也将暂停运作。

一共有四个寄存器，不过我们通常用前三个，不需要校准。下图出自《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》第237页。

CTRL寄存器

第一个CTRL寄存器可用的一共有四个位。

第0位是SysTick的使能为，为1则使能。

第1位是SysTick的异常请求标志位，为1则会触发异常也就是中断使能，Cortex-M3处理器专门为SysTick开出了一个异常类型，也就是说它也在中断向量表中。由于SysTick属于内核外设，因此并没有抢占优先级和响应优先级的概念，一般我们也不使用SysTick中断，但是非要的话也是可以的，我们需要去操作SHPR3这个寄存器，并且这个寄存器只能通过字节访问。

从上图可知这个寄存器的第24位到第31位是给SysTick使用的，不过在STM32F103中，有效的仅是第28位到第31位这高4位有效，因此拥有16位可编程优先级，数值越小优先级越高。

更具体的SysTick中断还需自行查阅资料。

第2位是时钟源选择位，为0则AHB/8，即系统时钟SYSCLK经过AHB预分频器进行8分频（72MHz/8=8MHz），为1则是AHB进行1分频（72MHz/1=72MHz）。

第16位是计数的标志位，如果上次处理器读取到计数器已经计到了0，那么将此为置为1，我们可以通过读取此位来得知一轮计数是否结束。

LOAD寄存器&VAL寄存器

第二个LOAD寄存器是重装寄存器，也就是说计数器记到0之后，会给计数器重新赋值，赋的值就是从这个寄存器取出的。

第三个VAL寄存器就是计数器了，是向下递减的计数器。时钟源每触发一次则记一次（减一次）数，到0则会发出异常请求（如果有设置的话），并且重装计数值。

我们可以知道，重装寄存器和计数器都是24位的，因此能记的最大次数就是2^24（16777216），最大数值为2^24-1（16777215，0xFFFFFF），要注意不能超出最大数值。

固件库函数实现延时效果

以SysTick开头的函数就两个，不过因为SysTick是内嵌到NVIC的，所以以NVIC_SysTick开头的函数还有两个，不过我们用不着，因此仅介绍两个函数就够实现延时效果了，实际上一个就够了。

SysTick_Config

我们使用这个函数就可以对SysTick初始化并且赋上重装寄存器的值。

我们固件库函数的内容比较简单，我们可以简单分析一下，也有助于加深理解。

这个函数需要一个参数，这个参数就是用来设置重装计数器的值的。

库函数的第一行就是用来检验这个参数是否合法的，因为我们之前分析过了，重装寄存器和计数器都是24位的，因此可以赋的最大数值就是16777215，0xFFFFFF。

可以看到第一行检验参数使用的宏定义也是符合我们分析的，其中宏定义中的宏定义SysTick_LOAD_RELOAD_Pos为0，也就是没有任何效果（我也不知道它存在的意义何在）。

库函数的第二行就是将参数赋给重装寄存器。

第三行设置中断优先级的，我们用不着可以不管它。

第四行是将计数器清零的。

第五行设置CTRL寄存器，我们可以看出库函数默认将CTRL寄存器的三个位置1，除了第16位都置1了，也就是说库函数默认使用AHB1分频（72MHz）作为时钟源，并且默认开启异常请求。

调用这个函数之后，我们就成功的让SysTick系统定时器开始运行了，时钟源每来一个脉冲，计数器就向下递减一个数，减到0之后再通过重装寄存器来给计数器赋值。

如果我们需要1us的延时函数，那么调用下面这段代码即可实现SysTick每计数一轮就是1us。

SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000);

其中SystemCoreClock是一个宏定义，也就是AHB的大小。也就是说每秒时钟源都会有那么多次的脉冲，计数器也会记那么多个数，我们将这个数除10^6，得到的数就是每us的脉冲次数，这样就可以让SysTick记1us的时间了。

对于我们STM32F103来说写上72000000也是一样的，不过不便于移植修改，例如如果我们修改了处理器的主频，那么就需要对这个数值进行修改，但如果写的是宏定义的话则不需要修改（虽然一般没事也不会修改主频）。

不过目前为止我们还只是让SysTick启动了起来，我们该如何知道SysTick计数完了一轮呢。

我们可以通过查询CTRL寄存器的第16位来知道是否计数一轮，处理器一旦查询到了SysTick的计数器为0之后，就会将CTRL的第16位置1，因此我们开启SysTick之后，只需要使用whlie循环查询CTRL的第十六位即可。

当我们延时了我们想要的时间之后还需要将SysTick关闭，这时候只需要把CTRL寄存器的第0位使能位置0即可。

至此，我们就可以完成us级的延时函数了，具体可以参考下面的代码，如果要实现ms和s级别的延时函数，可以调用10^3次和10^6次us的延时函数。其中ms延时可以修改传给SysTick_Config的参数，将原本的SystemCoreClock/1000000修改为SystemCoreClock/1000即可，但是s延时就不能用类似的方法了，因为超过了计数器可以记的最大值，但可以通过调用10^3次ms延时来实现。

void delay_us(uint32_t us){
    //SysTick_Config(72000000/1000000);         //不便移植
    SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000);    //固件库函数初始化+设置重装值
    while(us--){
        while(!((SysTick->CTRL)&(SysTick_CTRL_COUNTFLAG))); //不断查询计数标志位
    }
    SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;    //关闭SysTick
}

SysTick_CLKSourceConfig

第二个函数就是这个用来修改时钟源的函数了，一般我们就使用库函数默认的AHB，不过想要修改的话也是可以事后改掉的。

使用AHB1分频(72MHz)为时钟源就传入SysTick_CLKSource_HCLK。

使用AHB8分频(8MHz)为时钟源就传入SysTick_CLKSource_HCLK_Div8。

LED闪烁&延时函数

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void delay_us(uint32_t us){
    //SysTick_Config(72000000/1000000);         //不便移植
    SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000);    //固件库函数初始化+设置重装值
    while(us--){
        while(!((SysTick->CTRL)&(SysTick_CTRL_COUNTFLAG))); //不断查询计数标志位
    }
    SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;    //关闭SysTick
}

void delay_ms(uint32_t ms){
    while(ms--) delay_us(1000);        
}

void delay_s(uint32_t s){
    while(s--) delay_ms(1000);
}


int main(void){
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);    //打开GPIO口的外设时钟
    GPIO_InitTypeDef itd;               
    itd.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;                         //设置为推挽输出模式
    itd.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;                                //指定0号引脚
    itd.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;                         //输出频率为2MHz
    GPIO_Init(GPIOA,&itd);                                  //初始化
    while(1){                                               //LED闪烁
        GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                   //设置低电平
        delay_s(1);                                         //延时一秒
        GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                     //设置高电平
        delay_s(1);
    }
}

?接线&效果

参考：

《STM32F103xx固件函数库用户手册》

《STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》

《STM32库开发实战指南（基于STM32F103）》

《ARM Cortex-M3嵌入式原理及应用（基于STM32F103微控制器）》