【初入电子坑之stm32篇（六）】定时器基础与Systick

前言

定时器，顾名思义是拿来定时的，但除了定时之外，我们还可以利用定时器的计数特性，演变出其他有意思的功能出来（诸如控制马达转速）。不过在这之前，我们还是先了解了解定时器的工作原理叭。

本文概览

一、定时器基本概念

1.1、计数宽度

这里指计数器的位数。如：CM3内核中Systick定时器的计数位有24位，即最大计数值为 2²⁴ -1= 16,777,215。我们就说Systick的计数宽度为24。

1.2、工作模式

定时器是人设计，而设计是自由的。既然你规定了计数的数值范围，那么我们从0数到16,777,215，跟从16,777,215 数到 0 都是可以的不是嘛，所以这就引申出了工作模式的概念：

• 向上计数：从0数到16,777,215
• 向下计数：从16,777,215 数到 0

这两种模式，从本质上来说没有任何区别。不过某些定时器可能没有给与我们开发者辣么自由的操作空间，限定了只可以向上计数or只可以向下计数。

1.3、计数周期

既然我们规定了计数的范围，那么从1计数到2，从2计数到3之间的时间周期是多少？我们如何实现计数周期的不变？

这个问题其实很简单。。。利用时钟啊！时钟的脉冲信号变化规律是很容易确定的。那么我们就可以直接使用时钟实现计数周期，即：

$T_{CNT} = \frac{1}{f_{ClkSource}}\qquad$

1.4、计数时长

啥？刚刚说完计数周期，你现在给我来个计数时长？啥玩意？

哦，这哥们是拿来中断用的。

我们一开始提到了计数宽度，它决定了我们可以取到的最大计数值。但它也只是决定了我们可以取到的最大计数值，实际计数值CNT(count的简写)是多少，这不还是由我们自己定的嘛。根据项目需求，你想取多少就多少。即：

$t = CNT ×T_{CNT}$

当向上计数or向下计数达到了CNT次后，计数就会溢出触发一次定时器中断。这个中断有什么用？别急，后面我们我讨论到它。

1.5、重装载计数器

刚刚我们已经说了当向上计数or向下计数达到了CNT次，就会触发一次定时器中断。那么中断结束之后，计数器怎么继续计时？很简单，设计一个专门控制检测计数状态的模块，当每次计数值达到了我们指定的CNT后，就重置计时器，让它重新计数就OK了。

而这个重置操作，一般称为重装载计数器，我们可以通过操作相关寄存器去控制它。

1.6、定时器简易模型

根据以上信息，我们可以构筑出下图的定时器模型：

二、Systick

2.1、简介

SysTick—系统定时器是属于 CM3 内核中的一个外设，内嵌在 NVIC 中。也常称为滴答定时器，因为它只要简单的计数功能。

系统定时器是一个 24bit 的向下递减的计数器(PS：这里只能向下计数)，计数器每计数一次的时间为 1/SYSCLK。

因为 SysTick 是属于 CM3 内核的外设，所以所有基于 CM3 内核的单片机都具有这个

系统定时器，使得软件在 CM3 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。

（以上为本人从野火的资料中，截取修改而来。）

2.2、Systick的应用与配置流程

2.2.1、Systick的寄存器组

对于Systick而言，有4个寄存器控制它，分别是：

• CTRL ：SysTick 控制及状态寄存器
• LOAD ：SysTick 重装载数值寄存器
• VAL ：SysTick 当前数值寄存器
• CALIB ：SysTick 校准数值寄存器

有了上一节的内容做铺垫，对于这几个寄存器的出现应该不难理解。而且，如果我们需要直接操作寄存器的话，一般来说只需要操作前3个寄存器即可。当然，我们现在一般都直接用固件库操作啦。

而对于Systick的应用，我们一般都直接用于实现延时函数，做到精确延时。

2.2.1、延时函数实现原理

从前面的介绍我们知道，当计数器的值到了我们指定的CNT后，会产生一次中断。

我们可以定义一个变量Delaytime。每次中断的时候都对Delaytime–处理。在延时函数中，我们只需要传入我们想要延时的时长time给Delaytime，判断Delaytime是否为0即可。

2.2.2、配置

具体操作上，我们只需要调用固件库提供的库函数Systick_Config()即可。

这个函数只需要我们传入计数器的值，大大的简化了操作步骤，结合前面的简易模型看看：

那么一般传入参数是多少呢？以stm32f10x系列为例，系统时钟一般为72Mhz，因为单片机执行指令的速度是微秒级的，所以我们一般设定一次中断时间为1ms，即一般传参为72000。

2.3、代码示例

只讲原理不讲应用示例都是耍流氓。。。

这里我使用野火的指南者实现1s的LED闪烁为举例。

完整工程代码：My_Github

2.3.1、主函数

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_it.h"
#include "led.h"
u8 state;
int main(void)
{
	SysTick_Config(72000);
	Led_Init();
	Led_Control(Led_All,OFF);
	while(1)
	{
        Led_Control(Led_All,state);
		Delay_ms(1000);
		state ^=1;
	}
}

2.3.2、中断服务函数

u32 Delaytime;
void Delay_ms(u32 time)
{
	Delaytime = time;
	while(Delaytime);
}
void SysTick_Handler(void)
{
	Delaytime--;
}

参考资料

《零死角玩转STM32—F103指南者》

《CM3权威指南CnR2》