嵌入式开发十九：SysTick—系统定时器

在前面实验中我们使用到的延时都是通过SysTick进行延时的。我们知道，延时有两种方式：软件延时，即CPU 循环等待产生的，这个延时是不精确的。第二种就是滴答定时器延时，本篇博客就来介绍 STM32F4 内部 SysTick 系统定时器，通过一个简单的 LED 流水灯程序来讲述如何配置 SysTick 系统定时器实现精确延时。学习可以参考《STM32F3 与 F4 系列 Cortex M4 内核编程手册》 4.5 SysTick timer (STK) 章节或者参考库函数中 core_cm4.h 文件。

[一、SysTick 定时器介绍](#一、SysTick 定时器介绍)

[二、SysTick 定时器操作](#二、SysTick 定时器操作)

[2.1 SysTick 定时器寄存器](#2.1 SysTick 定时器寄存器)

[2.1.1 控制和状态寄存器：CTRL](#2.1.1 控制和状态寄存器：CTRL)

[2.1.2 重装载寄存器：LOAD](#2.1.2 重装载寄存器：LOAD)

[2.1.3 当前数值寄存器：VAL](#2.1.3 当前数值寄存器：VAL)

[2.1.4 校准数值寄存器：CALIB](#2.1.4 校准数值寄存器：CALIB)

[2.2 系统节拍定时器的工作原理](#2.2 系统节拍定时器的工作原理)

[2.3 SysTick 定时器操作步骤](#2.3 SysTick 定时器操作步骤)

[2.4 使用SysTick 定时器实现精准延时](#2.4 使用SysTick 定时器实现精准延时)

[2.4.1 实现1微秒延时](#2.4.1 实现1微秒延时)

[2.4.2 实现1毫秒延时](#2.4.2 实现1毫秒延时)

[2.4.3 实现1秒延时](#2.4.3 实现1秒延时)

[三、SysTick 定时实验](#三、SysTick 定时实验)

一、SysTick 定时器介绍

SysTick 定时器也叫 SysTick 滴答定时器，它是 Cortex-M4 内核的一个外设，被嵌入在 NVIC 中，用来产生SYSTICK异常(异常号:15)。它是一个 24 位向下递减的定时器，每计数一次所需时间为 1/SYSTICK，SYSTICK 是系统定时器时钟，它可以直接取自系统时钟，还可以通过系统时钟 8 分频后获取，本套程序中我们采用后者，即每计数一次所需时间为 1/(168/8)us，换句话说在 1us 的时间内会计数 21 次。当定时器计数到 0 时，将从 LOAD 寄存器中自动重装定时器初值，重新向下递减计数，如此循环往复。如果开启 SysTick 中断的话，当定时器计数到 0，将产生一个中断信号。如下图所示，因此只要知道计数的次数就可以准确得到它的延时时间。因为 SysTick 是属于 CM4 内核的外设，所以所有基于 CM4 内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在 CM4 单片机中可以很容易的移植。系统定时器一般用于操作系统，用于产生时基，维持操作系统的心跳。

如何计算延时时间？

如果时钟源选择8分频后的即21MHZ，那么，1秒钟就会计数21000000次，（计数一次的时间就是：1/21000000），如此：如果想要定时1毫秒，就要计数21000次，定时1微秒，就要计数21次！

二、SysTick 定时器操作

在 STM32F4 库函数中，并没有提供相应的 SysTick 定时器配置函数，我们要操作 SysTick 定时器就需要了解它的寄存器功能。其实 SysTick 定时器寄存器很简单，只有 4 个，分别是 CTRL、LOAD、VAL、CALIB，在使用 SysTick 产生定时的时候，只需要配置前三个寄存器，最后一个校准寄存器不需要使用。对应如下图所示：

2.1 SysTick 定时器寄存器

2.1.1 控制和状态寄存器：CTRL

CTRL 是 SysTick 定时器的控制及状态寄存器。其相应位功能如下：

注：CLKSOUTCE 位是用于选择 SysTick 定时器时钟来源：

如果该位为 1，表示其时钟是由系统时钟直接提供即 168M。

如果该位为 0，表示其时钟是由系统时钟八分频后提供即 168/8=21M。

2.1.2 重装载寄存器：LOAD

LOAD 是 SysTick 定时器的重装载数值寄存器。其相应位功能如下：

因为 STM32F4 的 SysTick 定时器是一个 24 位递减计数器，因此重装载寄存器中只使用到了低 24 位，即 bit0-bit23。当系统复位时，其值为 0。

2.1.3 当前数值寄存器：VAL

VAL 是 SysTick 定时器的当前数值寄存器。其相应位功能如下：

同样只有 bit0-bit24 有效，复位时值为 0。

2.1.4 校准数值寄存器：CALIB

CALIB 是 SysTick 定时器的校准数值寄存器。其相应位功能如下：

此寄存器在定时实验中不需要使用，可以不用了解。

2.2 系统节拍定时器的工作原理

当系统节拍定时器⼯作时，该定时器⾸先会从寄存器LOAD存储的值开始递减计数。当递减为0 后，寄存器CTRL的COUNTFLAG状态位会置1，同时会重装载寄存器LOAD预置的值。当计数到０时，通过设置寄存器CTRL的TICKINT的值来产⽣异常（中断），或是⽆动作。

2.3 SysTick 定时器操作步骤

SysTick 定时器的操作可以分为 4 步：

设置 SysTick 定时器的时钟源。

设置 SysTick 定时器的重装初始值（如果要使用中断的话，就将中断使能打开）。

清零 SysTick 定时器当前计数器的值。

打开 SysTick 定时器。

2.4 使用SysTick 定时器实现精准延时

2.4.1 实现1微秒延时

cpp 复制代码

void Sleep_us(uint32_t us)
{
  while(us--)
  {
     SysTick ->CTRL = (1 << 0);   //定时器使能第0位置1
     SysTick ->CTRL &= ~(1<<2);   //选择时钟源：第2位置0，选择外部时钟源，由系统时钟八分频后提供即 168/8=21M
     SysTick ->CTRL &= ~(1<<1);   //延时时间到无动作：第1位置0

     SysTick ->VAL = 0x0;        //当前数值寄存器初值赋0
     SysTick ->LOAD = 21;       //重装载数值寄存器的值，定时1微秒，所以是21

     while(!(SysTick ->CTRL & (1<<16)));  //死循环等待计数值减到0
     SysTick ->CTRL = ~(1<<0);    //关闭定时器，第0位置0
  }
 
}


//复用上述函数实现延时1秒
void Sleep_s(uint32_t s)
{
   while(s--)
  {
      Sleep_ms(1000);
 }
}

2.4.2 实现1毫秒延时

cpp 复制代码

void Sleep_ms(uint32_t ms)
{
  while(ms--)
  {
     SysTick ->CTRL = (1 << 0);   //定时器使能第0位置1
     SysTick ->CTRL &= ~(1<<2);   //选择时钟源：第2位置0，选择外部时钟源，由系统时钟八分频后提供即 168/8=21M
     SysTick ->CTRL &= ~(1<<1);   //延时时间到无动作：第1位置0

     SysTick ->VAL = 0x0;        //当前数值寄存器初值赋0
     SysTick ->LOAD = 21000;       //重装载数值寄存器的值，定时1毫秒，所以是21000

     while(!(SysTick ->CTRL & (1<<16)));  //死循环等待计数值减到0
     SysTick ->CTRL = ~(1<<0);    //关闭定时器，第0位置0
  }
 
}

2.4.3 实现1秒延时

cpp 复制代码

void Sleep_s(uint32_t s)
{
  while(s--)
  {
     SysTick ->CTRL = (1 << 0);   //定时器使能第0位置1
     SysTick ->CTRL &= ~(1<<2);   //选择时钟源：第2位置0，选择外部时钟源，由系统时钟八分频后提供即 168/8=21M
     SysTick ->CTRL &= ~(1<<1);   //延时时间到无动作：第1位置0

     SysTick ->VAL = 0x0;        //当前数值寄存器初值赋0
     SysTick ->LOAD = 21000000;       //重装载数值寄存器的值，定时1秒，所以是21000000

     while(!(SysTick ->CTRL & (1<<16)));  //死循环等待计数值减到0
     SysTick ->CTRL = ~(1<<0);    //关闭定时器，第0位置0
  }
 
}

1秒=1000毫秒=1000微秒。

三、SysTick 定时实验

利用 SysTick 产生 1s 的时基，LED 以 1s 的频率闪烁。

led.h文件

cpp 复制代码

#ifndef __MYLED_H
#define __MYLED_H

void LED_Init(void);

#endif

led.c 文件

cpp 复制代码

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "myled.h"

/*开时钟  打开外设对应的时钟（查看参考手册，该外设挂在哪个数据总线上），对应GPIO在哪条总线开哪条
	GPIOF外设 挂在AHB1总线上，所以要打开AHB1的时钟，双击函数，右键->go to definition*/


void LED_Init(void)
{
    //第一步：使能GPIOF的时钟 
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);//使能 GPIOF 时钟
	
   //第二步：GPIOF9,F10 初始化设置
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;//LED0 和 LED1 对应 IO 口
   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
   GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化 GPIO

   //第三步：设置灯的初始状态
   GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);//GPIOF9,F10 设置高电平，灯灭
}

mydelay.h

cpp 复制代码

#ifndef __MYLED_H
#define __MYLED_H

void LED_Init(void);

#endif

mydelay.c

cpp 复制代码

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "mydelay.h"

void My_Delay_us(uint32_t num)
{
    while(num--)
    {
        SysTick ->CTRL = (1 << 0);
    
        SysTick ->CTRL &= ~(1<<2);
    
        SysTick ->CTRL &= ~(1<<1);
    
        SysTick ->VAL = 0x0;
    
        SysTick ->LOAD = 21;
    
        while(!(SysTick ->CTRL & (1<<16)));
        SysTick ->CTRL = ~(1<<0);
    }
}

void My_Delay_ms(uint32_t num)
{
    while(num--)
    {
        My_Delay_us(1000);
    }
}


void My_Delay_s(uint32_t num)
{
    while(num--)
    {
        My_Delay_ms(1000);
    }
}

main.c文件

cpp 复制代码

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "mydelay.h"
#include "myled.h"

int main(void)
{
    LED_Init();
    
    while(1)
    {
        My_Delay_ms(1000);           //延时1秒
        GPIO_ToggleBits(GPIOF,GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);
    }
}

实验现象：

两个灯每隔一秒闪烁一次。

至此，我们的本次的学习就结束了。通过以上几个实验，相信对串口通信有了深入的理解，这一节我们就讲解到这里，希望能对大家的开发有帮助。如有兴趣，感谢点赞、关注、收藏，若有不正地方，还请各位大佬多多指教！