stm32f103——滴答定时器

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

       

在说定时器前，我们先来看一看如何计数？

频率：f = 9Mhz = 9*10^6/s（即：需要计数9百万下，才能花费1s时间）

周期：T = 1/f = 1/9M = = 111.111ns（即：计数1下，需要花费111.111ns时间）

我们知道，需要计数1下，需要花费秒的时间。那么我们只计数9000下呢？需要花费多少秒？

即：   *  9000  =    秒 = 1ms（毫秒），所以，在频率为9Mhz时，如果我们要想1ms延时，就计数9000下。

 那么我们只计数9下呢？需要花费多少秒？

   *  9  =   秒  =  1us（微秒），所以，在频率为9Mhz时，如果我们要想1us延时，就计数9下。

所以，不管计数器需要计数多少值，我们只需要记住，  =  1ms ，   =  1us。

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   

即：1~ $gif.latex?%5E%7B2%5E2%5E4%20-1%7D$    也就是：1 ~ 16,777,215，如果填入的定值不是在0x000001 ~ 0xFFFFFF这个范围，则无法定时计数。

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);
}