单片机延迟程序设计与低功耗优化：兼顾性能与功耗

# 1. 单片机延迟程序设计概述

单片机延迟程序设计是单片机系统开发中不可或缺的一部分。延迟程序用于在单片机系统中控制程序执行的时序，实现诸如定时器、按键消抖、通信等功能。延迟程序的设计需要考虑精度、稳定性和功耗等因素。本章将概述单片机延迟程序设计的概念、分类和应用场景，为后续章节的深入探讨奠定基础。

# 2. 单片机延迟程序实现技术

在单片机系统中，延迟程序是实现定时控制和系统协调的重要手段。根据实现方式的不同，单片机延迟程序可以分为软件延时技术和硬件延时技术两大类。

### 2.1 软件延时技术

软件延时技术通过软件循环的方式来实现延时，其特点是简单易用，无需额外的硬件资源。

#### 2.1.1 轮询延时

轮询延时是最简单的软件延时技术，其原理是通过循环执行空操作指令（如NOP指令）来消耗CPU时间，从而实现延时。轮询延时的实现代码如下：

void delay_ms(uint32_t ms) {
    uint32_t i;
    for (i = 0; i < ms * 1000; i++) {
        __asm__ volatile ("nop");
    }
}

**参数说明：**

* ms：需要延时的毫秒数

**代码逻辑分析：**

* 循环执行1000次空操作指令，相当于延时1毫秒。
* 循环执行ms * 1000次，即可实现ms毫秒的延时。

#### 2.1.2 中断延时

中断延时技术利用单片机的中断机制来实现延时。其原理是通过设置定时器中断，在中断服务程序中执行延时操作。中断延时的实现代码如下：

void delay_ms(uint32_t ms) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ms * 1000 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Timing;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Disable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    while (TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) == RESET) {}
    TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}

**参数说明：**

* ms：需要延时的毫秒数

**代码逻辑分析：**

* 配置定时器2为向上计数模式，时钟分频为72，计数周期为ms * 1000 - 1。
* 设置定时器2的输出比较1为定时模式，输出禁止。
* 使能定时器2，等待更新中断标志位置位，表示延时完成。
* 禁用定时器2。

### 2.2 硬件延时技术

硬件延时技术利用单片机的硬件资源来实现延时，其特点是延时精度高，不受CPU负载影响。

#### 2.2.1 定时器延时

定时器延时技术利用单片机的定时器外设来实现延时。其原理是通过设置定时器的计数周期和分频系数，使其在指定时间后产生中断，从而实现延时。定时器延时的实现代码如下：

void delay_ms(uint32_t ms) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ms * 1000 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Timing;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState