當涉及到單片機編程時，延時是一項常見但關鍵的任務。在許多應用中，我們需要控制程序暫停一段時間，以實現精確的時間控制或協調不同設備之間的操作。本文將以STM32為例，介紹關于單片機的延時原理以及常用的延時函數方法。

延時的原理

單片機的延時是通過控制處理器執行一系列指令來實現的。每條指令需要一定的時間來執行，而延時就是利用這些指令的執行時間來達到暫停程序執行的目的。延時的精確性和穩定性受到處理器的時鐘頻率、編譯器優化等因素的影響。

(資料圖片僅供參考)

延時方法

1. 軟件延時

軟件延時是最常見的延時方法之一，適用于大多數STM32單片機。基本思路是通過循環執行空操作或簡單指令來消耗時間，從而實現延時。

#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，消耗時間        }    }}

這種方法的缺點是延時時間精度不高，且不適用于需要較精確延時的場景。2. 硬件定時器STM32單片機內置了多個高精度的硬件定時器，可以精確地實現延時。通過配置定時器的參數，可以生成精確的時間間隔來進行延時。

#include "stm32f4xx.h"void timerDelay(uint32_t delay_ms) {    // 配置定時器    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;    TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = SystemCoreClock / 1000000 - 1; // 1us計數一次    TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;    TIM_InitStruct.TIM_Period = delay_ms * 1000; // 延時的微秒數    TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;    TIM_InitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_InitStruct);    // 啟動定時器    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);    // 等待定時器計數完成    while (TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) == RESET) {    }    // 清除標志位    TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);}

硬件定時器方法具有高精度和穩定性，適用于需要精確時間控制的場景。3. 阻塞延時與非阻塞延時上述的軟件延時和硬件定時器延時都是阻塞延時，即在延時期間，程序會一直等待，無法執行其他任務。如果需要同時處理其他任務，可以采用非阻塞延時，結合中斷或操作系統的任務調度來實現。

#include "stm32f4xx.h"volatile uint32_t millisecond = 0;void SysTick_Handler(void) {    millisecond++; // SysTick中斷每毫秒觸發一次}void nonBlockingDelay(uint32_t delay_ms) {    uint32_t start = millisecond;    while (millisecond - start < delay_ms) {        // 等待延時結束，期間可以處理其他任務    }}

在上述代碼中，我們使用了STM32的SysTick定時器，每毫秒觸發一次中斷。通過記錄開始時間和當前時間的差值，可以實現非阻塞的延時效果。

延時函數的設計

為了方便使用延時，我們可以封裝一個延時函數，根據不同的延時方法選擇合適的實現。

#include "stm32f4xx.h"void delay(uint32_t delay_ms) {    // 根據選擇的延時方法調用對應的函數    // 如：softwareDelay(delay_ms);    // 或：timerDelay(delay_ms);    // 或：nonBlockingDelay(delay_ms);}

通過封裝延時函數，我們可以根據需要靈活地選擇合 適的延時方法，并在不同的場景中使用。這樣的設計使得單片機程序的開發更加方便和可維護。阻塞延時與非阻塞延時的選擇在實際應用中，選擇阻塞延時還是非阻塞延時取決于你的項目需求。阻塞延時在簡單的應用中使用較為普遍，因為它易于實現和理解。但是，如果你的應用需要同時處理多個任務或需要更高的性能，非阻塞延時可能更為適合。非阻塞延時能夠讓處理器在延時期間繼續執行其他任務，提高了系統的并發性能。示例代碼下面是一個使用STM32的SysTick定時器實現非阻塞延時的示例代碼：

#include "stm32f4xx.h"volatile uint32_t millisecond = 0;void SysTick_Handler(void) {    millisecond++; // SysTick中斷每毫秒觸發一次}void nonBlockingDelay(uint32_t delay_ms) {    uint32_t start = millisecond;    while (millisecond - start < delay_ms) {        // 等待延時結束，期間可以處理其他任務    }}int main(void) {    // 初始化SysTick定時器    SystemCoreClockUpdate();    SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000); // 配置成每毫秒觸發一次中斷    // 初始化其他硬件和外設    while (1) {        // 執行主要任務        // 進行非阻塞延時        nonBlockingDelay(1000); // 延時1秒    }}

在上述代碼中，我們首先初始化了SysTick定時器，使其每毫秒觸發一次中斷。然后，在主循環中，我們通過調用nonBlockingDelay函數來實現非阻塞延時。該函數會記錄開始時間并不斷檢查當前時間與開始時間的差值，直到達到設定的延時時間為止。這期間，程序可以繼續執行其他任務。

總結

在STM32單片機編程中，實現延時是一項常見但重要的任務。通過軟件延時、硬件定時器以及非阻塞延時等方法，可以根據項目需求選擇合適的延時方案。阻塞延時適用于簡單的應用場景，而非阻塞延時能夠提高系統并發性能。通過封裝延時函數，你可以在項目開發中靈活選擇延時方法，并根據需求進行調整，從而實現精確的時間控制和任務調度。　審核編輯：湯梓紅