STM32系统时钟与SysTick定时器

一、系统嘀嗒定时器(SysTick)全面解析

1. SysTick定时器基本概念

定时器是STM32 中常用的外设，一般定时器的基本功能就是定时，而在Cortex M3/M4 内核中也包含一个简单的定时器，就是系统嘀嗒定时器(Systick)，它是属于M4 内核的一个外设，内嵌在NVIC 中，所有基于Cortex-M3/M4 内核的MCU 中都包含这个Systick 定时器，所以在不同的硬件中移植起来非常方便。
由于Systick 定时器属于CM4内核，所以大家在STM32F4 中文参考手册中是找不到关于Systick时器的相关信息，所以可以在CM3 权威指南或者Cortex M3/M4 权威指南中找到。

---

2. 基本应用

(1) 裸机开发：编写专门的延时函数，实现微秒、毫秒级别的延时，如作为闹钟或者延时。
(2) 操作系统：可以为RTOS 实时操作系统的任务调度提供时钟节拍，RTOS 的架构是并行的。

3.时钟分析

如果打算利用Systick 定时器进行定时，则必须清楚Systick 定时器的时钟频率，而定时器是挂载在总线下，而不同的总线的频率是不同的，而总线的频率是由时钟提供，而时钟的提供者又各不相同，所以必须要提前了解时钟源的区别。

一般情况下一款MCU 有多种时钟源(用于提供时钟信号)，时钟源一般可以分为两类：内部时钟源、外部时钟源，每一种时钟源的频率都是各不相同的。

结论：不清楚时钟源的频率，就无法计算总线的频率，从而无法计算挂载在总线下外设的频率。

可以看到，MCU 提供5 种时钟源，分别是HSI、HSE、LSI、LSE、PLL，每种时钟源的频率都
是不同的。

(1) HSE 高速外部时钟

(2) HSI 高速内部时钟

(3) LSE 低速外部时钟

(4) LSI 低速内部时钟

(5) PLL 倍频锁相环

由于PLL 锁相环是需要HSE 高速外部时钟提供时钟信号，并且PLL 可以把较低的HSE 时钟频率进行放大，则需要用户修改工程中的PLL 参数以及修改工程中的HSE_VALUE

MCU 主频的计算 = ( HSE_VALUE / PLL_M * PLL_N ) / PLL_P = (8MHz / 8 * 336) / 2 = 168MHz !!!!

4.时钟选择

通过M3 内核文档可以知道Systick 定时器有2 个时钟源，一个是内部时钟（FCLK），一个是外部时钟（STCLK）

可以知道，Systick 定时器的内部时钟的频率是168MHZ，外部时钟的频率是168MHZ/8 =21MHZ 。

(1) 内部时钟
如果选择使用内部时钟（168MHZ）作为系统嘀嗒定时器的时钟源，则嘀嗒定时器的计数周期：1000000us 生成168000000 个脉冲，意味着 1us 可以生成168 个脉冲，所以计数周期等于1/168us。

(2) 外部时钟
如果选择使用外部时钟（21MHZ）作为系统嘀嗒定时器的时钟源，则嘀嗒定时器的计数周期：1000000us 生成21000000 个脉冲，意味着 1us 可以生成21 个脉冲，所以计数周期等于1/21us。

5.控制方式

二、系统嘀嗒定时器延时

程序设计

/**
 ******************************************************************************
 * @file    delay.c 
 * @author  qrshxc@163.com
 * @version V1.0
 * @date    2025.7.23
 * @brief   基于SysTick定时器实现微秒、毫秒、秒级延时函数
 ******************************************************************************
 **/

#include "stm32f4xx.h"

/**
 * @name      delay_us
 * @brief     微秒级延时函数
 * @param     nus: 延时的微秒数
 * @return    无
 * @version   1.0
 * @note      使用SysTick定时器实现精确微秒延时
 */
void delay_us(u32 nus)
{
	SysTick->CTRL = 0;    					 // 关闭系统嘀嗒定时器
	SysTick->LOAD = nus * 21 -1; 			// 计数次数，递减计数，0结束
	SysTick->VAL = 0;    					 // 清除当前数值寄存器
	SysTick->CTRL = 1;   					 // 打开系统嘀嗒定时器，使用参考时钟
	while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0); // 等待计时完成
	SysTick->CTRL = 0;   					 // 关闭系统嘀嗒定时器
}

/**
 * @name      delay_ms
 * @brief     毫秒级延时函数
 * @param     nus: 延时的毫秒数
 * @return    无
 * @version   1.0
 * @note      使用SysTick定时器实现精确毫秒延时
 */
void delay_ms(u32 nus)
{
	SysTick->CTRL = 0;   					 // 关闭系统嘀嗒定时器
	SysTick->LOAD = nus * 21 * 1000 -1; 	 // 计数次数，递减计数，0结束
	SysTick->VAL = 0;     					 // 清除当前数值寄存器
	SysTick->CTRL = 1;   					 // 打开系统嘀嗒定时器，使用参考时钟
	while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0); // 等待计时完成
	SysTick->CTRL = 0;   					 // 关闭系统嘀嗒定时器
}

/**
 * @name      delay_s
 * @brief     秒级延时函数
 * @param     nus: 延时的秒数
 * @return    无
 * @version   1.0
 * @note      通过调用毫秒延时函数实现秒级延时
 */
void delay_s(u32 nus)
{
	while(nus--)
	{
		delay_ms(500);  // 延时500毫秒
		delay_ms(500);  // 再延时500毫秒，合计1秒
	}
}