當(dāng)涉及到單片機(jī)編程時(shí)，延時(shí)是一項(xiàng)常見但關(guān)鍵的任務(wù)。在許多應(yīng)用中，我們需要控制程序暫停一段時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間控制或協(xié)調(diào)不同設(shè)備之間的操作。本文將以STM32為例，介紹關(guān)于單片機(jī)的延時(shí)原理以及常用的延時(shí)函數(shù)方法。

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延時(shí)的原理

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單片機(jī)的延時(shí)是通過控制處理器執(zhí)行一系列指令來實(shí)現(xiàn)的。每條指令需要一定的時(shí)間來執(zhí)行，而延時(shí)就是利用這些指令的執(zhí)行時(shí)間來達(dá)到暫停程序執(zhí)行的目的。延時(shí)的精確性和穩(wěn)定性受到處理器的時(shí)鐘頻率、編譯器優(yōu)化等因素的影響。

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延時(shí)方法

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1. 軟件延時(shí)

軟件延時(shí)是最常見的延時(shí)方法之一，適用于大多數(shù)STM32單片機(jī)。基本思路是通過循環(huán)執(zhí)行空操作或簡單指令來消耗時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)延時(shí)。

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#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，消耗時(shí)間
        }
    }
}

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這種方法的缺點(diǎn)是延時(shí)時(shí)間精度不高，且不適用于需要較精確延時(shí)的場景。

2. 硬件定時(shí)器

STM32單片機(jī)內(nèi)置了多個(gè)高精度的硬件定時(shí)器，可以精確地實(shí)現(xiàn)延時(shí)。通過配置定時(shí)器的參數(shù)，可以生成精確的時(shí)間間隔來進(jìn)行延時(shí)。 ?

#include "stm32f4xx.h"


void timerDelay(uint32_t delay_ms) {
    // 配置定時(shí)器
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
    TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = SystemCoreClock / 1000000 - 1; // 1us計(jì)數(shù)一次
    TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_InitStruct.TIM_Period = delay_ms * 1000; // 延時(shí)的微秒數(shù)
    TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_InitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_InitStruct);


    // 啟動定時(shí)器
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);


    // 等待定時(shí)器計(jì)數(shù)完成
    while (TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) == RESET) {
    }


    // 清除標(biāo)志位
    TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
}

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硬件定時(shí)器方法具有高精度和穩(wěn)定性，適用于需要精確時(shí)間控制的場景。

3. 阻塞延時(shí)與非阻塞延時(shí)

上述的軟件延時(shí)和硬件定時(shí)器延時(shí)都是阻塞延時(shí)，即在延時(shí)期間，程序會一直等待，無法執(zhí)行其他任務(wù)。如果需要同時(shí)處理其他任務(wù)，可以采用非阻塞延時(shí)，結(jié)合中斷或操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度來實(shí)現(xiàn)。 ?

#include "stm32f4xx.h"


volatile uint32_t millisecond = 0;


void SysTick_Handler(void) {
    millisecond++; // SysTick中斷每毫秒觸發(fā)一次
}


void nonBlockingDelay(uint32_t delay_ms) {
    uint32_t start = millisecond;
    while (millisecond - start < delay_ms) {
        // 等待延時(shí)結(jié)束，期間可以處理其他任務(wù)
    }
}

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在上述代碼中，我們使用了STM32的SysTick定時(shí)器，每毫秒觸發(fā)一次中斷。通過記錄開始時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間的差值，可以實(shí)現(xiàn)非阻塞的延時(shí)效果。

延時(shí)函數(shù)的設(shè)計(jì)

為了方便使用延時(shí)，我們可以封裝一個(gè)延時(shí)函數(shù)，根據(jù)不同的延時(shí)方法選擇合適的實(shí)現(xiàn)。

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#include "stm32f4xx.h"


void delay(uint32_t delay_ms) {
    // 根據(jù)選擇的延時(shí)方法調(diào)用對應(yīng)的函數(shù)
    // 如：softwareDelay(delay_ms);
    // 或：timerDelay(delay_ms);
    // 或：nonBlockingDelay(delay_ms);
}

? 通過封裝延時(shí)函數(shù)，我們可以根據(jù)需要靈活地選擇合 適的延時(shí)方法，并在不同的場景中使用。這樣的設(shè)計(jì)使得單片機(jī)程序的開發(fā)更加方便和可維護(hù)。

阻塞延時(shí)與非阻塞延時(shí)的選擇

在實(shí)際應(yīng)用中，選擇阻塞延時(shí)還是非阻塞延時(shí)取決于你的項(xiàng)目需求。阻塞延時(shí)在簡單的應(yīng)用中使用較為普遍，因?yàn)樗子趯?shí)現(xiàn)和理解。但是，如果你的應(yīng)用需要同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)或需要更高的性能，非阻塞延時(shí)可能更為適合。非阻塞延時(shí)能夠讓處理器在延時(shí)期間繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，提高了系統(tǒng)的并發(fā)性能。

示例代碼

下面是一個(gè)使用STM32的SysTick定時(shí)器實(shí)現(xiàn)非阻塞延時(shí)的示例代碼： ?

#include "stm32f4xx.h"


volatile uint32_t millisecond = 0;


void SysTick_Handler(void) {
    millisecond++; // SysTick中斷每毫秒觸發(fā)一次
}


void nonBlockingDelay(uint32_t delay_ms) {
    uint32_t start = millisecond;
    while (millisecond - start < delay_ms) {
        // 等待延時(shí)結(jié)束，期間可以處理其他任務(wù)
    }
}


int main(void) {
    // 初始化SysTick定時(shí)器
    SystemCoreClockUpdate();
    SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000); // 配置成每毫秒觸發(fā)一次中斷


    // 初始化其他硬件和外設(shè)


    while (1) {
        // 執(zhí)行主要任務(wù)


        // 進(jìn)行非阻塞延時(shí)
        nonBlockingDelay(1000); // 延時(shí)1秒
    }
}

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在上述代碼中，我們首先初始化了SysTick定時(shí)器，使其每毫秒觸發(fā)一次中斷。然后，在主循環(huán)中，我們通過調(diào)用nonBlockingDelay函數(shù)來實(shí)現(xiàn)非阻塞延時(shí)。該函數(shù)會記錄開始時(shí)間并不斷檢查當(dāng)前時(shí)間與開始時(shí)間的差值，直到達(dá)到設(shè)定的延時(shí)時(shí)間為止。這期間，程序可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。

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總結(jié)

在STM32單片機(jī)編程中，實(shí)現(xiàn)延時(shí)是一項(xiàng)常見但重要的任務(wù)。通過軟件延時(shí)、硬件定時(shí)器以及非阻塞延時(shí)等方法，可以根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的延時(shí)方案。阻塞延時(shí)適用于簡單的應(yīng)用場景，而非阻塞延時(shí)能夠提高系統(tǒng)并發(fā)性能。通過封裝延時(shí)函數(shù)，你可以在項(xiàng)目開發(fā)中靈活選擇延時(shí)方法，并根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間控制和任務(wù)調(diào)度。?

　審核編輯：湯梓紅