玩转单片机与嵌入式2023-08-09 09:13:16
当涉及到单片机编程时，延时是一项常见但关键的任务。在许多应用中，我们需要控制程序暂停一段时间，以实现精确的时间控制或协调不同设备之间的操作。本文将以STM32为例，介绍关于单片机的延时原理以及常用的延时函数方法。
延时的原理
单片机的延时是通过控制处理器执行一系列指令来实现的。每条指令需要一定的时间来执行，而延时就是利用这些指令的执行时间来达到暂停程序执行的目的。延时的精确性和稳定性受到处理器的时钟频率、编译器优化等因素的影响。
(资料图片)
延时方法
1. 软件延时
软件延时是最常见的延时方法之一，适用于大多数STM32单片机。基本思路是通过循环执行空操作或简单指令来消耗时间，从而实现延时。
#include "stm32f4xx.h"void softwareDelay(uint32_t delay_ms) { uint32_t i, j; for(i = 0; i < delay_ms; i++) { for(j = 0; j < 1000; j++) { __NOP(); // 空操作，消耗时间 } }}这种方法的缺点是延时时间精度不高，且不适用于需要较精确延时的场景。2. 硬件定时器STM32单片机内置了多个高精度的硬件定时器，可以精确地实现延时。通过配置定时器的参数，可以生成精确的时间间隔来进行延时。
#include "stm32f4xx.h"void timerDelay(uint32_t delay_ms) { // 配置定时器 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct; TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = SystemCoreClock / 1000000 - 1; // 1us计数一次 TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_InitStruct.TIM_Period = delay_ms * 1000; // 延时的微秒数 TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_InitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_InitStruct); // 启动定时器 TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); // 等待定时器计数完成 while (TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) == RESET) { } // 清除标志位 TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);}硬件定时器方法具有高精度和稳定性，适用于需要精确时间控制的场景。3. 阻塞延时与非阻塞延时上述的软件延时和硬件定时器延时都是阻塞延时，即在延时期间，程序会一直等待，无法执行其他任务。如果需要同时处理其他任务，可以采用非阻塞延时，结合中断或操作系统的任务调度来实现。
#include "stm32f4xx.h"volatile uint32_t millisecond = 0;void SysTick_Handler(void) { millisecond++; // SysTick中断每毫秒触发一次}void nonBlockingDelay(uint32_t delay_ms) { uint32_t start = millisecond; while (millisecond - start < delay_ms) { // 等待延时结束，期间可以处理其他任务 }}在上述代码中，我们使用了STM32的SysTick定时器，每毫秒触发一次中断。通过记录开始时间和当前时间的差值，可以实现非阻塞的延时效果。
延时函数的设计
为了方便使用延时，我们可以封装一个延时函数，根据不同的延时方法选择合适的实现。
#include "stm32f4xx.h"void delay(uint32_t delay_ms) { // 根据选择的延时方法调用对应的函数 // 如：softwareDelay(delay_ms); // 或：timerDelay(delay_ms); // 或：nonBlockingDelay(delay_ms);}通过封装延时函数，我们可以根据需要灵活地选择合 适的延时方法，并在不同的场景中使用。这样的设计使得单片机程序的开发更加方便和可维护。阻塞延时与非阻塞延时的选择在实际应用中，选择阻塞延时还是非阻塞延时取决于你的项目需求。阻塞延时在简单的应用中使用较为普遍，因为它易于实现和理解。但是，如果你的应用需要同时处理多个任务或需要更高的性能，非阻塞延时可能更为适合。非阻塞延时能够让处理器在延时期间继续执行其他任务，提高了系统的并发性能。示例代码下面是一个使用STM32的SysTick定时器实现非阻塞延时的示例代码： #include "stm32f4xx.h"volatile uint32_t millisecond = 0;void SysTick_Handler(void) { millisecond++; // SysTick中断每毫秒触发一次}void nonBlockingDelay(uint32_t delay_ms) { uint32_t start = millisecond; while (millisecond - start < delay_ms) { // 等待延时结束，期间可以处理其他任务 }}int main(void) { // 初始化SysTick定时器 SystemCoreClockUpdate(); SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000); // 配置成每毫秒触发一次中断 // 初始化其他硬件和外设 while (1) { // 执行主要任务 // 进行非阻塞延时 nonBlockingDelay(1000); // 延时1秒 }}在上述代码中，我们首先初始化了SysTick定时器，使其每毫秒触发一次中断。然后，在主循环中，我们通过调用nonBlockingDelay函数来实现非阻塞延时。该函数会记录开始时间并不断检查当前时间与开始时间的差值，直到达到设定的延时时间为止。这期间，程序可以继续执行其他任务。
总结
在STM32单片机编程中，实现延时是一项常见但重要的任务。通过软件延时、硬件定时器以及非阻塞延时等方法，可以根据项目需求选择合适的延时方案。阻塞延时适用于简单的应用场景，而非阻塞延时能够提高系统并发性能。通过封装延时函数，你可以在项目开发中灵活选择延时方法，并根据需求进行调整，从而实现精确的时间控制和任务调度。 审核编辑：汤梓红
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