STM32（M4）入门：定时器延时与系统滴答（价值 3w + 的嵌入式开发指南）

第 1 章 延时：嵌入式系统的时间控制基石

1.1 延时基础：从概念到硬件实现

1.1.1 什么是延时？

定义：延时是通过软件或硬件手段，使程序执行过程中暂停指定时间，再继续后续操作的技术。本质是对时间的精确或粗略控制，确保硬件时序、任务调度或通信协议的正确执行。
核心作用：让程序在特定时间点或时间段内等待，满足外设响应、任务协调、时序匹配等需求（如按键消抖、LED 闪烁、传感器初始化等待）。

1.1.2 为什么需要延时？

1. 硬件稳定需求：
   • 按键按下后需等待 5-20ms 消除机械抖动，避免误触发。
   • 外设上电后需等待初始化完成（如 LCD 屏幕背光稳定）。
2. 周期性任务控制：
   • 实现 LED 周期性闪烁（如 1 秒亮灭一次）。
   • 定时采集传感器数据（如每 10ms 读取一次温湿度）。
3. 通信时序匹配：
   • I2C/SPI 通信中需严格遵循时钟周期和信号保持时间。
   • UART 通信中波特率的精确时钟控制。

1.1.3 如何实现延时？两种核心方案

方案 1：软件延时（CPU 空转）

// 简单毫秒级延时（依赖CPU主频，STM32F4 168MHz时，每循环约1μs）  
void delay_ms(uint32_t ms) {  for (; ms > 0; ms--) {  for (uint32_t i = 0; i < 168000; i++);  // 空循环消耗时间  }  
}  

 

• 优点：实现简单，无需硬件配置。
• 缺点：
  • 阻塞 CPU：延时期间无法处理中断或其他任务，导致系统卡顿。
  • 精度低：受 CPU 主频影响，超频 / 降频时需重新校准。
  • 资源浪费：长延时占用大量 CPU 资源，效率低下。

方案 2：硬件定时器延时（推荐）

核心原理：利用 STM32 内部定时器的计数功能，通过配置固定频率的时钟源和分频器，实现高精度、非阻塞式延时。
优势：

 

• 高精度：误差仅由时钟源稳定性决定（如 84MHz 晶振误差 < 0.1%）。
• 释放 CPU：延时期间 CPU 可执行其他任务（如处理串口数据、刷新屏幕）。
• 灵活扩展：通过调整分频系数和计数值，支持 μs/ms 级长延时。

1.2 STM32 定时器体系：分类与核心原理

1.2.1 定时器分类与选型

STM32F4 系列包含 3 类 15 个定时器，按功能划分为：

 

类型	功能特点	包含型号	延时相关特性
基本定时器	16 位，仅支持定时计数和 DAC 触发（STM32F401 无此功能）	TIM6、TIM7	配置简单，适合纯延时场景（如 LED 闪烁）
通用定时器	16/32 位，支持输入捕获、输出比较、PWM 生成（4 个独立通道）	TIM2~TIM5、TIM9~TIM11	可实现复杂时序控制（如 PWM 调光）
高级定时器	16 位，含互补 PWM 输出、死区控制、刹车功能（电机控制专用）	TIM1、TIM8	支持电机驱动的精准时序控制

 

延时场景选型：

 

• 基础延时：选择基本定时器（TIM7），因其功能简洁、资源占用少，只需配置定时计数功能即可满足需求。
• 复杂场景：通用 / 高级定时器（如 TIM3 实现 PWM 呼吸灯，TIM1 控制电机转速）。

1.2.2 什么是定时器？

本质：定时器是一个带时钟的计数器，通过对固定频率的时钟信号计数，将计数值转换为时间间隔。
核心组件：

 

1. 时钟源：
   • 定时器 7（TIM7）的时钟源来自 APB1 总线，系统默认配置下：
     • 系统主频 168MHz，APB1 预分频 4→APB1 频率 42MHz。
     • 定时器自动倍频 ×2→84MHz 时钟源（关键：APB 预分频≠1 时，定时器时钟自动翻倍）。
2. 预分频器（PSC）：
   • 16 位寄存器，将 84MHz 时钟分频为更低频率（1~65536 分频）。
   • 例：PSC=8399（8400 分频）→ 计数频率 = 84MHz/8400=10kHz，单次计数周期 0.1ms。
3. 计数器（CNT）：
   • 16 位向上计数器，从 0 开始递增，到达自动重装载值（ARR）时溢出，触发更新事件。
4. 自动重装载寄存器（ARR）：
   • 设置计数器溢出阈值，决定单次定时周期（如 ARR=9 对应 10 次计数，即 1ms）。

 

关键公式：

计数周期（Tclk）= 1 / 时钟源频率 = 1/84MHz ≈ 0.0119μs  
分频后周期（Tpre）= Tclk × (PSC + 1)  // 分频值=PSC+1  
延时时间（Tdelay）= Tpre × (ARR + 1)  // 计数值=ARR+1（从0开始计数）  

1.2.3 定时器如何实现延时？

1. 设定目标延时：例如需要 1ms 延时。
2. 计算参数：
   • 选择分频系数 8400（PSC=8399），得到计数周期 0.1ms。
   • 计算 ARR：1ms / 0.1ms / 次 = 10 次计数 → ARR=10-1=9（计数器从 0 开始）。
3. 启动计数：计数器从 0 递增，到达 ARR=9 时溢出，触发延时完成标志。
4. 检测溢出：通过标志位判断延时是否到达，清除标志位后可重复使用。

1.3 定时器 7 深度解析：从时钟源到计数逻辑

1.3.1 时钟源定位：揭秘 TIM7 的 “时间脉搏”

时钟源追踪：从系统时钟到定时器时钟

STM32 的时钟体系如同精密齿轮组，TIM7 的时钟源需从 RCC 时钟树逐层定位：

1. 系统时钟（SYSCLK）：作为整个系统的核心，默认频率 168MHz，为 AHB 总线、内核及存储器提供时钟。
2. AHB 总线分频：系统时钟经 AHB 预分频器（默认 1 分频）直接驱动 AHB 总线，频率保持 168MHz。
3. APB1 总线分频：AHB 总线信号经 APB1 预分频器（文档中配置为 4 分频），得到 APB1 总线频率：

   

   APB1频率 = 系统时钟 / 预分频值 = 168MHz / 4 = 42MHz  
   

    

4. 定时器时钟倍频：STM32 硬件特性规定，当 APB 预分频值≠1 时，定时器时钟自动倍频 ×2（提升精度）：

   TIM7时钟源 = APB1频率 × 2 = 42MHz × 2 = 84MHz  
   

 

关键结论：TIM7 的时钟源最终为 84MHz，是 APB1 总线频率的 2 倍，这是理解后续计时计算的核心前提。

时钟源的作用：定义计数的 “最小时间单位”

• 84MHz 意味着时钟周期为：

  时钟周期 = 1 / 84MHz ≈ 0.0119μs（即每0.0119微秒产生一个计数脉冲）  
  

• 定时器的所有计时功能，本质是对这个高频脉冲的计数累积。

1.3.2 分频器机制：让高频时钟 “慢下来”

分频器工作原理：高频信号的 “减速器”

• 分频概念：将 84MHz 的高频时钟按固定比例降低频率，例如 84 分频后，频率降至 1MHz（84MHz/84=1MHz）。
• 实现方式：通过定时器的预分频寄存器TIM7->PSC设置分频系数（0~65535），实际分频值为PSC+1：
  • 当PSC=83时，分频值 = 84，对应 84 分频。
  • 当PSC=8399时，分频值 = 8400，对应 8400 分频。
• 核心作用：降低计数频率，使单次计数周期变长，从而适配不同延时精度需求。

分频前后对比：从 μs 级到 ms 级的灵活切换

分频配置	分频值	计数频率	单次计数周期	最大计时时间（16 位计数器）
默认配置	84	1MHz（84MHz/84）	1μs	65536μs=65.536ms
加大分频	8400	10kHz（84MHz/8400）	0.1ms	65536×0.1ms=6.5536s

分频系数计算公式：

计数频率 = 时钟源频率 / 分频值 = 84MHz / (PSC+1)  
单次计数周期 = 1 / 计数频率 = (PSC+1) / 84MHz  

 

示例计算：

 

• 当PSC=83（84 分频）：

  计数频率 = 84MHz / 84 = 1MHz，单次计数周期=1μs  
  

• 当PSC=8399（8400 分频）：

  计数频率 = 84MHz / 8400 = 10kHz，单次计数周期=0.1ms  
  

1.3.3 最大计时时间扩展：在精度与范围间找到平衡

为什么需要扩展计时范围？

• 默认 84 分频时，最大计时仅 65.536ms，无法满足 LED 闪烁（1s）、传感器采集（10ms）等常见需求。
• 通过加大分频系数，可显著延长计时范围，例如 8400 分频时最大计时达 6.5536s，覆盖多数基础延时场景。

扩展方法：调整 PSC 寄存器

1. 步骤 1：确定目标计数频率
   • 若需要 0.1ms 的单次计数周期（10kHz 频率），则分频值 = 84MHz / 10kHz = 8400，对应PSC=8399。
2. 步骤 2：计算最大计时时间

   最大计时时间 = 单次计数周期 × 最大计数值（65536）  
   = 0.1ms × 65536 = 6553.6ms = 6.5536s  
   

3. 关键权衡：
   • 分频系数↑：计数频率↓，单次计数周期↑，最大计时时间↑，但精度↓（如 0.1ms 精度 vs 1μs 精度）。
   • 分频系数↓：计数频率↑，单次计数周期↓，最大计时时间↓，但精度↑。

应用场景匹配：

• μs 级高精度延时：选择小分频系数（如 84 分频），用于 I2C 通信的时序等待（需 μs 级精度）。
• ms 级长延时：选择大分频系数（如 8400 分频），用于 LED 闪烁、按键消抖（允许 ms 级误差）。

1.3.4 实战：计算不同分频下的计时参数

案例 1：实现 100ms 延时（8400 分频）

1. 确定参数：
   • 目标延时 = 100ms，单次计数周期 = 0.1ms（10kHz 频率）。
   • 需计数次数 = 100ms / 0.1ms=1000 次，对应ARR=999（计数器从 0 开始）。
2. 公式验证：

   延时时间 = (ARR+1) × 单次计数周期 = 1000 × 0.1ms = 100ms  
   

案例 2：极限最大计时（8400 分频）

• 最大计数值 = 65536，单次计数周期 = 0.1ms：

  最大计时=65536 × 0.1ms=6553.6ms≈6.55s  
  

• 若需更长延时（如 10s），需结合软件循环或中断（见后续章节）。

1.3.5 分频器配置注意事项

1. 寄存器范围：
   • TIMx_PSC为 16 位寄存器，分频值范围 1~65536（对应 PSC=0~65535）。
2. 时钟使能：
   • 配置前需通过RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM7, ENABLE);使能 TIM7 时钟，否则分频配置无效。
3. 动态调整：
   • 可在运行中修改PSC和ARR寄存器，实现延时参数的动态切换（如按键调节 LED 闪烁频率）。

1.4 定时器 7 配置实战：三步实现精准延时

1.4.1 硬件准备

• 开发板：STM32F407ZET6（TIM7 挂载 APB1 总线）。
• 工具：Keil MDK + ST-Link。
• 系统配置：默认 168MHz 主频，APB1 预分频 4，TIM7 时钟源 84MHz。

1.4.2 配置步骤详解（以 1s 延时为例）

步骤 1：开启定时器时钟

#include "stm32f4xx_rcc.h"  
#include "stm32f4xx_tim.h"  // 使能APB1总线下的TIM7时钟（必做！外设默认时钟关闭）  
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM7, ENABLE);  

 

• RCC_APB1Periph_TIM7：指定操作 TIM7 的时钟控制寄存器。
• 注意：未开启时钟时，定时器完全不工作。

 

步骤 2：初始化定时器参数

// 定义定时器初始化结构体  
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  // 配置1s延时参数（84MHz→8400分频→10kHz，计数值10000次）  
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 8399;       // 预分频值（8400-1）  
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数模式  
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 9999;         // 自动重装载值（10000-1）  
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  // 时钟不分频  // 初始化TIM7  
TIM_TimeBaseInit(TIM7, &TIM_TimeBaseStructure);  

 

• TIM_Prescaler：预分频系数，实际分频 = 值 + 1（8399→8400 分频）。
• TIM_Period：重装载值，计数器到达此值时溢出（10000 次计数对应 1s）。

 

步骤 3：启动定时器并检测溢出

while (1) {  LED1 ^= 1;  // 翻转LED状态（假设LED1连接到GPIOA5）  // 启动定时器  TIM_Cmd(TIM7, ENABLE);  // 等待溢出标志位（TIM_FLAG_Update）置1（轮询检测）  while (TIM_GetFlagStatus(TIM7, TIM_FLAG_Update) == RESET);  // 清除溢出标志（否则下次会立即触发）  TIM_ClearFlag(TIM7, TIM_FLAG_Update);  // 停止定时器（非必要，可保持运行以减少重复配置）  TIM_Cmd(TIM7, DISABLE);  
}  

 

• TIM_GetFlagStatus：检测定时器溢出标志，返回 SET（已溢出）或 RESET（未溢出）。
• TIM_ClearFlag：必须手动清除标志位，避免重复检测导致延时失效。

1.4.3 封装通用 ms 级延时函数

/**  * @brief  TIM7延时函数（支持ms级任意延时）  * @param  ms：延时毫秒值（范围：0~65535，受16位计数器限制）  * @note   预分频固定为8400（8399），单次计数周期0.1ms  */  
void TIME7_Delay(u32 ms) {  // 计算重装载值：ms × 10次计数/ms - 1（计数器从0开始）  uint16_t reload = ms * 10 - 1;  TIM_SetAutoreload(TIM7, reload);  // 设置自动重装载值  TIM_Cmd(TIM7, ENABLE);  // 启动定时器  while (TIM_GetFlagStatus(TIM7, TIM_FLAG_Update) == RESET);  // 等待溢出  TIM_ClearFlag(TIM7, TIM_FLAG_Update);  // 清除标志位  TIM_Cmd(TIM7, DISABLE);  // 停止定时器（可选）  
}  

 

• 参数范围：因 TIM7 是 16 位计数器，最大计数值 65535，故最大延时为 65535×0.1ms=6553.5ms（约 6.55s）。
• 灵活性：通过修改reload值，可动态调整延时时间，无需重新初始化定时器。

1.5 常见问题与避坑指南

1.5.1 延时精度误差大？

• 原因 1：时钟源计算错误
  • 未考虑 APB 预分频后的倍频机制（APB1=42MHz 时，TIM7 时钟自动 ×2→84MHz）。
• 原因 2：预分频值 / 重装载值未减 1
  • 计数器从 0 开始计数，实际计数值 = 寄存器值 + 1（如 ARR=9 对应 10 次计数）。
• 解决：严格按公式计算：ARR = (目标时间 / 计数周期) - 1。

1.5.2 标志位不触发？

• 排查步骤：
  1. 是否调用TIM_Cmd(ENABLE)启动定时器（未启动则计数器不工作）。
  2. 标志位类型是否正确：延时检测用TIM_FLAG_Update，而非中断标志TIM_IT_Update。
  3. 是否在初始化时遗漏时钟使能（RCC 配置是否正确）。

1.5.3 多定时器冲突？

• 原则：不同定时器挂载于不同总线（APB1/APB2），可同时工作，但需避免高频溢出导致 CPU 负载过高。
• 优化：非关键延时用阻塞式（如 LED 闪烁），关键任务用中断式（如传感器数据采集）。

1.6 知识总结与学习路径

1.6.1 核心知识点图谱

1.6.2 实战建议

1. 基础练习：
   • 编写 TIM7 延时函数，实现 LED 1s 闪烁（结合 GPIO 输出）。
   • 测试不同分频系数对延时的影响（如 84 分频实现 65ms 延时，8400 分频实现 6.5s 延时）。
2. 进阶应用：
   • 用 TIM7 实现按键消抖（延时 10ms 后检测按键电平）。
   • 结合通用定时器（如 TIM3）实现 PWM 调光，理解定时器的输出比较功能。
3. 调试工具：
   • 使用 STM32CubeMX 图形化配置 TIM7，对比手动代码配置的差异。
   • 通过串口打印延时时间，验证精度（如延时 1s 后打印 “Delay 完成”）。

 

通过掌握定时器 7 的原理与配置，你将建立嵌入式时间控制的核心能力，为后续学习 PWM、输入捕获等高级功能奠定基础。下一章将深入探讨系统滴答定时器（SysTick），实现更高效的 μs 级延时与系统心跳功能。

第二章：系统滴答（SysTick）—— 内核级延时与心跳定时器

2.1 系统滴答基础：Cortex-M 内核的 “心跳引擎”

2.1.1 什么是 SysTick？

定义：SysTick（系统滴答定时器）是 Cortex-M 内核集成的 24 位向下计数器，专为实时操作系统（RTOS）和精准延时设计，支持 μs/ms 级高精度定时，是 STM32 嵌入式开发的核心时间管理工具。

 

核心特性：

 

• 内核级外设：直接由 Cortex-M 内核控制，独立于 STM32 片上外设，兼容性强（所有 Cortex-M4 芯片均支持）。
• 双时钟源：可选择系统时钟（SYSCLK，168MHz）或外部时钟（HCLK/8，21MHz），平衡精度与最大计时范围。
• 低功耗模式：支持在睡眠模式下运行，适合电池供电设备。

2.1.2 为什么选择 SysTick？

对比项	SysTick	基本定时器（如 TIM7）
位数	24 位（最大计数值 16777216）	16 位（最大计数值 65536）
时钟源	系统时钟 / 外部时钟（可选）	APB1 总线倍频后时钟（固定 84MHz）
中断支持	内置系统滴答中断（SysTick_IRQ）	需要配置 NVIC 中断控制器
典型场景	精准短延时、RTOS 心跳时钟	长延时、周期性任务触发
代码复杂度	仅操作 3 个寄存器，简单高效	需要初始化结构体，配置步骤较多

 

结论：SysTick 适合μs/ms 级精准短延时和系统级时间管理（如 RTOS 任务调度），而 TIM7 更适合 ms 级长延时（见第一章）。

2.2 关键寄存器：SysTick 的 “时间控制中心”

2.2.1 控制寄存器（SysTick->CTRL）

位域	功能	操作示例
BIT0（ENABLE）	定时器使能位：1 = 启动，0 = 停止	`SysTick->CTRL= 1<<0;`（启动）
BIT1（TICKINT）	中断使能位：1 = 允许溢出时产生中断	`SysTick->CTRL= 1<<1;`（使能中断）
BIT2（CLKSOURCE）	时钟源选择：0 = 外部时钟（HCLK/8=21MHz），1 = 系统时钟（SYSCLK=168MHz）	SysTick->CTRL &= ~(1<<2);（选择 21MHz）
BIT16（COUNTFLAG）	溢出标志位：计数器从 LOAD 递减到 0 时置 1，需软件清除	if (SysTick->CTRL & (1<<16)) { ... }（检测溢出）

2.2.2 重装载寄存器（SysTick->LOAD）

• 作用：设置计数器初始值，决定定时周期（向下计数到 0 时溢出）。
• 范围：0~16777215（24 位），对应最大定时时间：
  • 系统时钟 168MHz 时：16777216 / 168MHz ≈ 99.86ms
  • 外部时钟 21MHz 时：16777216 / 21MHz ≈ 798.9ms（更适合长延时）

2.2.3 当前值寄存器（SysTick->VAL）

• 作用：实时显示当前计数值（从 LOAD 递减到 0）。
• 特性：读取时返回当前值，写入任意值会立即重置计数器（常用SysTick->VAL = 0;清空计数）。

2.3 三步配置法：从寄存器到精准延时

2.3.1 步骤 1：选择时钟源（关键！影响精度和范围）

// 选项1：系统时钟（168MHz，精度高，适合μs级延时）  
SysTick->CTRL |= (1 << 2);  // CLKSOURCE=1，选择系统时钟  
// 选项2：外部时钟（21MHz，计时范围更长，适合ms级延时）  
SysTick->CTRL &= ~(1 << 2); // CLKSOURCE=0，选择HCLK/8=21MHz  

 

• 时钟源计算：
  • 系统时钟（SYSCLK）：默认 168MHz，来自 PLL 锁相环，精度最高（误差 < 0.1%）。
  • 外部时钟（HCLK/8）：HCLK=AHB 总线时钟 = 168MHz，分频后 21MHz，最大计时范围扩展 8 倍。

2.3.2 步骤 2：设置重装载值（核心公式推导）

目标：实现 1ms 延时（以系统时钟 168MHz 为例）。

 

1. 计算计数值：

   计数值 = 系统时钟频率 × 目标时间 = 168MHz × 1ms = 168000  
   

2. 写入 LOAD 寄存器：

   SysTick->LOAD = 168000;  // 168000次计数对应1ms（168MHz时钟）  
   

 

通用公式：

计数值 = 时钟源频率 × 延时时间  
例如：延时t微秒 → 计数值 = 时钟源频率(MHz) × t(μs)  

2.3.3 步骤 3：启动定时器并检测溢出

// 清空当前计数值（可选，确保从0开始计数）  
SysTick->VAL = 0;  
// 启动定时器  
SysTick->CTRL |= (1 << 0);  
// 等待溢出（检测COUNTFLAG位，位16）  
while (!(SysTick->CTRL & (1 << 16)));  
// 停止定时器（非必要，可保持运行用于连续定时）  
SysTick->CTRL &= ~(1 << 0);  

 

• 注意：COUNTFLAG 位在溢出后一直保持 1，需通过软件检测，无需手动清除（写入 VAL 寄存器会自动清除）。

2.4 封装通用延时函数：从 μs 到 ms 级全覆盖

2.4.1 系统初始化函数：SysTick_Init

#include "SysTick.h"  float fck_us;  // 微秒级计数参数（21MHz下为21，即1μs=21次计数）  
float fck_ms;  // 毫秒级计数参数（21MHz下为21000，即1ms=21000次计数）  /**  * @brief  系统滴答初始化（默认外部时钟21MHz）  * @param  CLK 系统主频（如168MHz）  * @note   自动选择外部时钟源（CLK/8），计算微秒/毫秒计数参数  */  
void SysTick_Init(u32 CLK) {  // 选择外部时钟源（CLK/8=21MHz，当CLK=168MHz时）  SysTick->CTRL = 0;  // 复位控制寄存器，默认0=外部时钟源  // 计算计数参数（核心公式：计数值=时钟频率×时间）  fck_us = (float)CLK / 8.0;       // 1μs对应的计数值（21MHz→21次/μs）  fck_ms = fck_us * 1000.0;        // 1ms对应的计数值（21000次/ms）  
}  

 

 

• 初始化步骤：
  1. 清零控制寄存器，选择外部时钟源
  2. 根据系统主频计算计数参数（关键：21MHz=168MHz/8）

2.4.2 微秒级延时函数：delay_us

/**  * @brief  微秒级延时（阻塞式）  * @param  n 延时时间（μs），最大约798900μs（798ms）  * @note   基于外部时钟21MHz，1μs=21次计数  */  
void delay_us(u32 n) {  // 1. 设置重装载值（计数值=21次/μs × nμs）  SysTick->LOAD = (u32)(fck_us * n);  // 2. 清空计数器  SysTick->VAL = 0;  // 3. 启动定时器  SysTick->CTRL |= 1 << 0;  // 4. 等待溢出标志（COUNTFLAG位16置1）  while (!(SysTick->CTRL & (1 << 16)));  // 5. 停止定时器（可选，下次使用需重新启动）  SysTick->CTRL &= ~(1 << 0);  
}  

2.4.3 毫秒级延时函数：delay_ms

/**  * @brief  毫秒级延时（支持超长延时，自动分段处理）  * @param  n 延时时间（ms），最大798ms  * @note   分段调用500ms子函数，避免单次计数值超过24位寄存器范围  */  
void delay_ms(u32 n) {  u32 remainder = n % 500;  // 计算剩余时间  u32 cycles = n / 500;      // 计算完整500ms周期数  // 1. 处理完整500ms周期  while (cycles--) {  delay_nms(500);  // 调用500ms子函数（见下方）  }  // 2. 处理剩余时间  if (remainder != 0) {  delay_nms(remainder);  }  
}  /**  * @brief  500ms以内延时子函数（静态函数，内部调用）  * @param  n 延时时间（ms），n≤500  */  
static void delay_nms(u32 n) {  // 1. 设置重装载值（21000次/ms × n ms）  SysTick->LOAD = (u32)(fck_ms * n);  // 2. 清空计数器并启动  SysTick->VAL = 0;  SysTick->CTRL |= 1 << 0;  // 3. 等待溢出  while (!(SysTick->CTRL & (1 << 16)));  // 4. 停止定时器  SysTick->CTRL &= ~(1 << 0);  
}  

 

 

• 分段策略：
  由于 24 位寄存器最大计数值 16777216，21MHz 下最大延时约 798ms，通过分段 500ms 避免单次超限

2.5 实战案例：用 SysTick 实现 LED 呼吸灯（PWM 调光）

2.5.1 硬件连接

• LED 正极接 PA5（GPIOA5），负极接 GND，串联 220Ω 电阻。
• 通过改变 LED 亮灭时间比例（占空比）实现亮度渐变。

2.5.2 代码实现（核心逻辑）

// 定义占空比数组（0~100，代表亮度百分比）  
uint8_t duty_cycle[101] = {0, 1, 2, ..., 100, 99, ..., 1, 0};  int main() {  // 初始化GPIOA5为推挽输出  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT_PP;  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  while (1) {  for (int i = 0; i < 101; i++) {  // 点亮LED（高电平）  GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);  SysTick_Delay_us(duty_cycle[i] * 10);  // 亮的时间  // 熄灭LED（低电平）  GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);  SysTick_Delay_us((100 - duty_cycle[i]) * 10);  // 灭的时间  }  }  
}  

 

• 原理：通过 SysTick 精确控制 LED 亮灭时间，占空比从 0% 到 100% 再到 0% 循环，实现呼吸灯效果。

2.6 进阶应用：SysTick 作为系统心跳（RTOS 基础）

2.6.1 配置周期性中断（1ms 心跳）

// 初始化SysTick中断（1ms周期，系统时钟168MHz）  
void SysTick_Init(void) {  // 设置计数值：168000次计数=1ms  SysTick->LOAD = 168000;  // 使能中断和系统时钟  SysTick->CTRL = (1 << 2) | (1 << 1) | (1 << 0);  // 配置中断优先级（可选，Cortex-M4默认优先级）  NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0);  
}  // 中断服务函数（自动生成，需在startup文件中声明）  
void SysTick_Handler(void) {  static uint32_t tick = 0;  tick++;  // 每1ms递增，作为系统时间戳  if (tick % 1000 == 0) {  LED_Toggle();  // 每秒翻转LED状态  }  
}  

 

• 应用场景：
  • RTOS（如 FreeRTOS）用此中断实现任务调度（如每 1ms 切换一次任务）。
  • 记录系统运行时间（通过全局变量tick获取 ms 级时间戳）。

2.6.2 中断与轮询对比

模式	优点	缺点	适用场景
轮询	代码简单，无需中断配置	阻塞 CPU，无法处理其他任务	简单延时，无并发需求
中断	非阻塞，支持多任务处理	需配置 NVIC，代码较复杂	系统级时间管理，RTOS 任务调度

2.7 常见问题与避坑指南

2.7.1 延时不准确？

• 原因 1：时钟源选择错误
  • 系统时钟下，计数值 = 延时时间 (μs)× 系统时钟 (MHz)，如 168MHz 下 1ms 需 168000 次计数，不可直接写固定值。
• 原因 2：寄存器溢出
  • 24 位计数器最大计数值 16777216，系统时钟下最大延时约 99.86ms，超过需分多次延时。

2.7.2 中断未触发？

• 排查步骤：
  1. 是否设置TICKINT位（SysTick->CTRL |= 1<<1）。
  2. 中断服务函数名是否正确（必须为SysTick_Handler，与启动文件匹配）。
  3. 计数值是否大于 0（LOAD=0 时定时器不会启动）。

2.7.3 低功耗模式下失效？

• 解决方案：
  • 在睡眠模式下，通过SysTick->CTRL |= 1<<3;使能睡眠模式下的定时器运行。
  • 避免在停机模式（Stop Mode）下使用 SysTick，需切换到唤醒时钟源。

2.8 知识总结与学习路径

2.8.1 核心知识点图谱

2.8.2 学习建议

1. 基础练习：
   • 编写 SysTick 延时函数，实现 LED 以 100μs 间隔快速闪烁，观察示波器波形验证精度。
   • 对比 SysTick 延时与 TIM7 延时的 CPU 占用率（通过串口打印空闲任务执行时间）。
2. 进阶实践：
   • 用 SysTick 中断实现一个简易任务调度器，每隔 50ms 执行一次 LED 翻转，每隔 100ms 打印一次日志。
   • 在低功耗模式下测试 SysTick 延时，验证睡眠模式下的计时准确性。
3. 调试工具：
   • 使用 STM32CubeMX 的图形化配置生成 SysTick 初始化代码，对比手动编写的差异。
   • 通过 Keil MDK 的寄存器视图实时监控 SysTick->VAL 的值，观察计数过程。

 

掌握 SysTick 后，你将拥有嵌入式系统的 “时间脉搏”，无论是精准延时还是系统级任务调度都能游刃有余。下一章我们将进入中断。