GPT对话代码库——STM32G431微秒（us）级delay函数

目录

1，问：

1，答：

方法一：使用定时器（Timer）

方法二：使用SysTick定时器

方法三：使用内联汇编

选择合适的方法

2，问：

2，答：

SysTick配置和延时函数

代码详细解释

3，问：

3，答：

具体解释

示例代码说明

4，问：

4，答：

 配置SysTick定时器并使能中断

代码详细解释

提问模型：GPT-4o-Free

提问时间：2024.06.24

1，问：

我现在要使用STM32G431作为主控，实现温湿度检测功能，使用DHT11检测温湿度，现在碰到一个问题，DHT11的驱动需要us级的延时，而hal库自带的是ms级延时，需要自己写us级延时函数，delay函数涉及到单片机本身的系统时钟，而STM32的F1和G4主频不同，我该如何解决这个问题

1，答：

要在STM32G431上实现us级延时，可以通过以下几种方法：

方法一：使用定时器（Timer）

这是最准确和常用的方法。可以使用STM32G431上的定时器来产生精确的us级延时。下面是使用TIM2定时器来实现us级延时的步骤：

  1. 配置定时器时钟

    • 启动TIM2时钟
    • 配置定时器预分频器（Prescaler），使定时器频率达到1MHz（即每计数一次为1us）

  2. 编写延时函数

下面是一个示例代码，用于配置TIM2并实现us级延时：

#include "stm32g4xx_hal.h"// 定时器句柄
TIM_HandleTypeDef htim2;// 初始化TIM2
void TIM2_Init(void) {__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();  // 启动TIM2时钟htim2.Instance = TIM2;htim2.Init.Prescaler = (uint32_t)(SystemCoreClock / 1000000) - 1;  // 预分频器设置htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;htim2.Init.Period = 0xFFFFFFFF;  // 最大周期htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;HAL_TIM_Base_Init(&htim2);HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
}// 微秒延时函数
void delay_us(uint32_t us) {uint32_t start = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);while ((__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2) - start) < us);
}

方法二：使用SysTick定时器

SysTick定时器是一个内置于Cortex-M内核中的定时器，可以用于产生us级延时。配置和使用如下：

  1. 配置SysTick

    • 设置SysTick定时器的时钟源和重装载值

  2. 编写延时函数

示例如下：

#include "stm32g4xx_hal.h"// 初始化SysTick
void SysTick_Init(void) {// SysTick时钟源设置为主频HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);  // 配置SysTick以1us为单位
}// 微秒延时函数
void delay_us(uint32_t us) {uint32_t start = SysTick->VAL;uint32_t ticks = us * (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);while ((start - SysTick->VAL) < ticks) {// 等待计数完成}
}

方法三：使用内联汇编

如果想要更加直接和简单的方法，可以使用内联汇编来实现一个简单的us级延时函数：

void delay_us(uint32_t us) {for (uint32_t i = 0; i < us * (SystemCoreClock / 1000000) / 5; i++) {__asm("NOP");  // 空操作指令，消耗一个时钟周期}
}

选择合适的方法

方法一最为精确，适合对延时精度要求较高的场景。方法二较为简洁，但依赖于系统时钟的准确性。方法三是最简单的实现，但精度稍逊。

在实际应用中，推荐使用方法一，通过定时器来实现us级延时，因为这样可以确保延时的准确性和稳定性。配置完定时器后，使用简单的延时函数即可满足DHT11的时序要求。

2，问：

现在要使用STM32G431作为主控，实现温湿度检测功能，使用DHT11检测温湿度，现在已经将STM32G431的主频配置成80MHZ，通过SysTick定时器产生us级延时，按我的要求编写代码，并在代码段中每句代码后面附上详细解释

2，答：

好的，下面是一个基于SysTick定时器的us级延时函数的代码示例，以及每句代码的详细解释。

SysTick配置和延时函数

#include "stm32g4xx_hal.h"  // 包含STM32 HAL库的头文件// 初始化SysTick定时器
void SysTick_Init(void) {// 配置SysTick定时器，使其产生1us的时间间隔HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);  // HAL_RCC_GetHCLKFreq()获取HCLK时钟频率，除以1000000得到每微秒的时钟计数// 设置SysTick定时器的时钟源为HCLKHAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);  // 配置SysTick的时钟源为HCLK，以确保时钟精度
}// 微秒延时函数
void delay_us(uint32_t us) {uint32_t start = SysTick->VAL;  // 获取当前SysTick计数器的值uint32_t ticks = us * (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);  // 计算需要等待的时钟周期数，us为微秒数，乘以每微秒的时钟计数while ((start - SysTick->VAL) < ticks) {  // 等待计数完成// 循环等待直到计数器的值减去开始的值达到需要的时钟周期数}
}int main(void) {HAL_Init();  // 初始化HAL库SystemClock_Config();  // 配置系统时钟，确保主频为80MHzSysTick_Init();  // 初始化SysTick定时器while (1) {delay_us(1000);  // 延时1000us，即1ms// 可以在这里添加DHT11数据读取的代码}
}

代码详细解释

  1. #include "stm32g4xx_hal.h":

    • 包含STM32 HAL库的头文件，提供HAL库函数的声明。

  2. void SysTick_Init(void):

    • 定义SysTick初始化函数。

  3. HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000):

    • 配置SysTick定时器，使其每1us产生一次中断。
    • HAL_RCC_GetHCLKFreq() 获取当前HCLK的频率，除以1000000后得到1us所需要的时钟周期数。

  4. HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK):

    • 配置SysTick定时器的时钟源为HCLK，以确保计时的准确性。

  5. void delay_us(uint32_t us):

    • 定义微秒延时函数。

  6. uint32_t start = SysTick->VAL:

    • 获取当前SysTick计数器的值，作为起始计数值。

  7. uint32_t ticks = us * (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000):

    • 计算需要延时的总时钟周期数。
    • us 是需要延时的微秒数，乘以每微秒的时钟计数（HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000）得到总的时钟周期数。

  8. while ((start - SysTick->VAL) < ticks):

    • 使用一个while循环来等待，直到计数器的值减去起始值达到所需的时钟周期数。

  9. HAL_Init():

    • 初始化HAL库，配置时钟、外设和GPIO等。

  10. SystemClock_Config():

    • 配置系统时钟，确保STM32G431的主频为80MHz。这个函数的具体实现取决于您的时钟配置。

  11. SysTick_Init():

    • 调用SysTick初始化函数，配置SysTick定时器。

  12. delay_us(1000):

    • 调用微秒延时函数，延时1000us，即1ms。

您可以在while(1)循环中添加DHT11的数据读取代码，以实现温湿度检测功能。这样，SysTick定时器就能提供精确的us级延时，满足DHT11的时序要求。

3，问：

为什么用uint32_t start = SysTick->VAL;  这句就可以 获取当前SysTick计数器的值

3，答：

在STM32系列微控制器中，SysTick定时器是Cortex-M内核的一部分。SysTick->VAL寄存器是SysTick定时器的当前计数值寄存器，它保存了当前SysTick定时器的计数值。当我们读取这个寄存器时，我们可以获取当前SysTick计数器的值，这是实现精确延时的关键步骤。

具体解释

SysTick定时器是一个24位的递减计数器。它的工作原理如下：

  1. SysTick定时器的计数：

    • SysTick定时器从一个预设值开始递减计数，直到计数器值为0，然后重新加载预设值并继续递减。
    • SysTick->VAL寄存器保存了当前的计数值。通过读取这个寄存器，我们可以知道SysTick定时器当前计数到了哪个值。

  2. 实现延时：

    • 在调用延时函数时，我们首先获取当前的计数器值（即SysTick->VAL）。
    • 然后计算需要等待的时钟周期数。
    • 在一个循环中不断读取SysTick->VAL，直到计数器的值减去开始的值达到所需的时钟周期数。

这样，SysTick->VAL寄存器的读取操作能够提供当前SysTick计数器的值，使我们能够通过检查这个值来实现精确的延时。

示例代码说明

void delay_us(uint32_t us) {uint32_t start = SysTick->VAL;  // 获取当前SysTick计数器的值uint32_t ticks = us * (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);  // 计算需要等待的时钟周期数，us为微秒数，乘以每微秒的时钟计数while ((start - SysTick->VAL) < ticks) {  // 等待计数完成// 循环等待直到计数器的值减去开始的值达到需要的时钟周期数}
}

在这个代码片段中：

  1. uint32_t start = SysTick->VAL;:

    • 通过读取SysTick->VAL，我们获取当前的SysTick计数器值并将其存储在变量start中。

  2. uint32_t ticks = us * (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);:

    • 计算需要等待的时钟周期数。这里us是我们希望延时的微秒数，乘以每微秒的时钟计数得到需要等待的总时钟周期数。

  3. while ((start - SysTick->VAL) < ticks) {}:

    • 使用一个循环来等待，直到计数器的值减去起始值达到所需的时钟周期数。
    • 这个等待过程通过不断读取SysTick->VAL来实现。

由于SysTick定时器是直接由硬件支持的，它的计数器值更新非常迅速且准确，因此可以通过这种方法实现精确的us级延时。

4，问：

配个systick定时器中断

4，答：

要使用SysTick定时器中断来实现us级延时并处理中断，需要配置SysTick定时器的中断，并编写相应的中断服务函数（ISR）。以下是详细的步骤和代码示例：

 配置SysTick定时器并使能中断

#include "stm32g4xx_hal.h"  // 包含STM32 HAL库的头文件void SysTick_Init(void) {// 配置SysTick定时器，使其产生1us的时间间隔HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);  // 配置SysTick以1us为单位// 设置SysTick定时器的时钟源为HCLKHAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);  // 配置SysTick的时钟源为HCLK// 配置SysTick中断优先级HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);  // 设置SysTick中断的优先级// 使能SysTick中断HAL_NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);  // 使能SysTick中断请求
}// SysTick中断服务函数
void SysTick_Handler(void) {HAL_IncTick();  // 调用HAL库的时间基准递增函数HAL_SYSTICK_IRQHandler();  // 调用HAL库的SysTick中断处理函数
}volatile uint32_t usTicks;  // 用于计数us的全局变量// 微秒延时函数
void delay_us(uint32_t us) {usTicks = us;  // 设置要延时的us数while(usTicks);  // 等待usTicks递减到0
}// SysTick中断处理函数，每次中断发生时调用
void HAL_SYSTICK_Callback(void) {if (usTicks) {  // 如果usTicks不为0usTicks--;  // 递减usTicks}
}int main(void) {HAL_Init();  // 初始化HAL库SystemClock_Config();  // 配置系统时钟，确保主频为80MHzSysTick_Init();  // 初始化SysTick定时器while (1) {delay_us(1000);  // 延时1000us，即1ms// 可以在这里添加DHT11数据读取的代码}
}

代码详细解释

SysTick 初始化

void SysTick_Init(void) {HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000);  // 配置SysTick以1us为单位HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);  // 配置SysTick的时钟源为HCLKHAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);  // 设置SysTick中断的优先级HAL_NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);  // 使能SysTick中断请求
}
  • HAL_SYSTICK_Config 配置SysTick定时器，以便每1us产生一次中断。
  • HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig 设置SysTick的时钟源为HCLK。
  • HAL_NVIC_SetPriority 设置SysTick中断的优先级。
  • HAL_NVIC_EnableIRQ 使能SysTick中断请求。

SysTick中断服务函数

void SysTick_Handler(void) {HAL_IncTick();  // 调用HAL库的时间基准递增函数HAL_SYSTICK_IRQHandler();  // 调用HAL库的SysTick中断处理函数
}
  • SysTick_Handler 是SysTick的中断服务函数，每当SysTick中断发生时被调用。
  • HAL_IncTick 和 HAL_SYSTICK_IRQHandler 是HAL库中用于处理SysTick中断的函数。

微秒延时函数

volatile uint32_t usTicks;  // 用于计数us的全局变量void delay_us(uint32_t us) {usTicks = us;  // 设置要延时的us数while(usTicks);  // 等待usTicks递减到0
}
  • usTicks 是一个全局变量，用于在中断中递减。
  • delay_us 函数设置延时的us数，并等待usTicks递减到0。

SysTick中断回调函数

void HAL_SYSTICK_Callback(void) {if (usTicks) {  // 如果usTicks不为0usTicks--;  // 递减usTicks}
}
  • HAL_SYSTICK_Callback 是HAL库中提供的SysTick中断回调函数，每当SysTick中断发生时被调用。
  • 在这个函数中递减usTicks，以实现精确的微秒延时。

主函数

int main(void) {HAL_Init();  // 初始化HAL库SystemClock_Config();  // 配置系统时钟，确保主频为80MHzSysTick_Init();  // 初始化SysTick定时器while (1) {delay_us(1000);  // 延时1000us，即1ms// 可以在这里添加DHT11数据读取的代码}
}
  • 初始化HAL库和系统时钟，确保主频为80MHz。
  • 初始化SysTick定时器并使能中断。
  • 在主循环中调用delay_us函数进行延时。

通过上述配置和代码，您可以使用SysTick定时器产生精确的us级延时，同时利用中断机制处理延时。这样可以确保延时的精度和可靠性。

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