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STM32F407——使用systick定时器裸机制作延时函数

簧横 2025-6-2 23:07:46
准备工作：

  • 软件：keil5
  • 硬件：STM32F407ZET6芯片，gec6818开发板，st-link调试器
  • 文档：《开发板原理图》，《Cortex M3与M4权威指南》，《STM32F407参考手册_英文》
  • 项目结构：
1.png

相关电路图：

  • 开发板外部时钟8MHz，电路（来自《开发板原理图》）：
2.png


  • 内核时钟电路图（来自《STM32F407参考手册_英文》5.2章）：
3.png

一、systick定时器使用逻辑

根据《Cortex M3与M4权威指南》第8章：
内核有四个寄存器用于控制和使用定时器：
4.png


  • 控制与状态寄存器用于选择时钟、查看计数器是否数到了0、时钟使能
  • 重载数值寄存器用于装载计数次数
  • 当前数值寄存器用于读取当前值，写入任意值会使之清零
  • 校准数值寄存器本篇没有使用
英文版权威指南直接给出了参考代码：
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick
SysTick->LOAD = 0xFF; // Count from 255 to 0 (256 cycles)
SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count fla
SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock
while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick
计数、重载、使能、计数是否到头这些操作都很好理解，重要的是STCLK、FCLK两个时钟源的频率到底是多少，否则就无法知道到底计数了多长时间。
通过内核时钟原理图可以知道，STCLK、FCLK两个时钟源挂载于AHB1总线上，而总线时钟是由HSE外部时钟经过PLL（倍频锁相环）放大得到，使用PLL的M、N、P、Q等参数。
根据电路图我们可以计算得到AHB1总线频率的公式是：
HSE_VALUE / PLL_M * PLL_N / PLL_P
参数在代码中的定义如下：
  1. -- system_stm32f4xx.c 文件--
  3. /************************* PLL Parameters *************************************/
  4. #if defined (STM32F40_41xxx) || defined (STM32F427_437xx) || defined (STM32F429_439xx) || defined (STM32F401xx)
  5. /* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N */
  6. #define **PLL_M**      8        // 库文件默认25
  7. #else /* STM32F411xE */
  8. #if defined (USE_HSE_BYPASS)
  9. #define PLL_M      8   
  10. #else /* STM32F411xE */   
  11. #define PLL_M      16
  12. #endif /* USE_HSE_BYPASS */
  13. #endif /* STM32F40_41xxx || STM32F427_437xx || STM32F429_439xx || STM32F401xx */  
  15. /* USB OTG FS, SDIO and RNG Clock =  PLL_VCO / PLLQ */
  16. #define PLL_Q      7
  18. #if defined (STM32F40_41xxx)
  19. #define PLL_N      336
  20. /* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P */
  21. #define PLL_P      2
  22. #endif /* STM32F40_41xxx */
  24. /******************************************************************************/
复制代码
外部时钟频率定义如下：
  1. -- stm32f4xx.h文件 --
  3. /**
  5. * @brief In the following line adjust the value of External High Speed oscillator (HSE)
  6.    used in your application
  8.    Tip: To avoid modifying this file each time you need to use different HSE, you
  9.         can define the HSE value in your toolchain compiler preprocessor.
  10.      */           
  12. #if !defined  (HSE_VALUE)
  14. // 库文件默认25000000
  16.   #define HSE_VALUE    ((uint32_t)8000000) /*!< Value of the External oscillator in Hz */
  18. #endif /* HSE_VALUE */
复制代码
所以AHB1总线的频率为：
8MHz / 8 * 336 / 2 = 168MHz
也就是芯片标注的可以达到的最大频率。因此：

  • FCLK频率：168MHz
  • STCLK频率：168MHz / 8 = 21MHz
而频率越低，说明单次计时时间更长，在寄存器计数次数有限的情况下，总时长更长，所以我们选择STCLK作为时钟源。
所以接下来代码就水到渠成了。
二、完整代码
  1. /********************************************************************************
  2. * @file    GPIO/GPIO_IOToggle/main.c
  3. * @author  MCD Application Team
  4. * @version V1.4.0
  5. * @date    2025/4/25
  6. * @brief   按键中断点亮led后延时熄灭
  7. ******************************************************************************/
  9. #include "stm32f4xx.h"
  11. // KEY引脚初始化
  12. void KEY_Init()
  13. {
  14.         GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  15.        
  16.         /* 打开外设时钟 */
  17.         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  18.        
  19.         /* 初始化PA0 */
  20.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  21.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
  22.         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  23.         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  24. }
  27. // LED引脚初始化
  28. void LED_Init()
  29. {
  30.         GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  31.        
  32.         /* 打开外设时钟 */
  33.         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
  35.         /* 初始化PF9 */
  36.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_9;
  37.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
  38.         GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  39.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  40.         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  41.         GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);
  42. }
  44. // 配置中断
  45. static void EXTILine0_Config(void)
  46. {
  47.         EXTI_InitTypeDef   EXTI_InitStructure;
  48.         NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure;
  50.         // 打开GPIOA、SYSCFG外设时钟
  51.         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  52.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);
  53.        
  54.         /* Connect EXTI Line0 to PA0 pin
  55.                 EXTI_PortSourceGPIOx : selects the GPIO port
  56.                 EXTI_PinSourcex: specifies the EXTI line to be configured.
  57.         */
  58.         SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOA, EXTI_PinSource0);
  59.        
  60.         /* Configure EXTI Line0 ，配置中断线路、中断模式、上升沿、使能*/
  61.         EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
  62.         EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
  63.         EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;  
  64.         EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
  65.         EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
  67.         /* Enable and set EXTI Line0 Interrupt to the lowest priority，NVIC在内核中负责调度 */
  68.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
  69.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x0F;
  70.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x0F;
  71.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  72.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  73. }
  76. // 选择外部时钟源STCLK作为计时时钟源，来自于HSE
  77. // 源头来自外部时钟8MHz，经过PLL倍频锁相环放大后得到ABH1总线的168MHZ，然后再/8，得到21MHz（STCLK）
  78. // 或者也可以直接使用168MHz（FCLK），但是在寄存器位数固定的情况下，21MHz可以计数的时长更长，所以选择21MHz
  79. // 21MHz，1/21us计数一次，24位倒数寄存器的最大计数次数为2^24, 换算成us，为798915us
  80. // 延时微秒
  81. void delay_us(unsigned int n)
  82. {
  83.         SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick
  84.         SysTick->LOAD = n * 21 - 1; // Count from 255 to 0 (256 cycles)，0算一次，所以要减1
  85.         SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count fla
  86.        
  87.         // 0位控制使能，2位控制选择FCLK（1）还是STCLK（1），这里选择stclk
  88.         SysTick->CTRL = 1; // Enable SysTick timer with processor clock
  89.        
  90.         while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set，控制寄存器的第16位用于检测是否计数结束
  91.         SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick
  92. }
  95. // 21MHz，1/21us计数一次，24位倒数寄存器的最大计数次数为2^24, 换算成ms，为798ms
  96. // 延时毫秒
  97. void delay_ms(unsigned int n)
  98. {
  99.         SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick
  100.         SysTick->LOAD = n * 21 * 1000 - 1; // Count from 255 to 0 (256 cycles)，0算一次，所以要减1
  101.         SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count fla
  102.        
  103.         // 0位控制使能，2位控制选择FCLK（1）还是STCLK（1），这里选择stclk
  104.         SysTick->CTRL = 1; // Enable SysTick timer with processor clock
  105.        
  106.         while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set，控制寄存器的第16位用于检测是否计数结束
  107.         SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick
  108. }
  110. // 延时秒
  111. void delay_s(unsigned int n)
  112. {
  113.         while(n--)
  114.         {
  115.                 delay_ms(500);
  116.                 delay_ms(500);
  117.         }
  118. }
  120. // 非精确延时函数
  121. void delay(int n)
  122. {
  123.         while(n--);
  124. }
  126. // 线路0中断处理函数
  127. void EXTI0_IRQHandler(void)
  128. {
  129.     // led引脚置位
  130.         GPIO_ResetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9);
  131.     // 延时2s
  132.         delay_s(2);
  133.     // 清除中断挂起状态
  134.         EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
  135. }
  137. int main()
  138. {
  139.         // 初始化按键
  140.         KEY_Init();
  141.         // 初始化LED灯
  142.         LED_Init();
  143.         // 初始化NVIC外设
  144.         EXTILine0_Config();
  145.         while(1)
  146.         {
  147.         // LED默认熄灭
  148.                 GPIO_SetBits(GPIOF, LED0_PIN);
  149.         }
  150. }
复制代码
三、总结

延时函数代码本身其实并不是很难编写，只有短短几行代码，而且官方也有很清楚的示例代码，寄存器的对象也做了完整的封装，难就难在理解stm32内核时钟的组成和由来，从而通过手动调整参数满足自己的要求。

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簧横
2025-6-2 23:07:46

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