STM32单片机延时与实时性：平衡精度和响应速度

# 1. 延时与实时性的概念**

延时是指程序执行过程中，为达到特定目的而故意引入的等待时间。实时性是指系统对外部事件的响应能力，要求系统能够及时处理事件，满足时间要求。在嵌入式系统中，延时和实时性是相互制约的，需要根据具体应用场景进行平衡。

延时过长会影响系统响应速度，而延时过短又可能导致系统不稳定或精度下降。因此，在设计嵌入式系统时，需要深入理解延时和实时性的概念，并根据实际需求进行优化配置。

# 2. STM32延时机制

### 2.1 硬件定时器

#### 2.1.1 定时器结构和配置

STM32单片机内置多个硬件定时器，提供精确的延时和定时功能。每个定时器由一个计数器、一个预分频器和一个控制寄存器组成。计数器负责累加时钟脉冲，预分频器用于降低时钟频率，控制寄存器用于配置定时器的模式、时钟源和中断使能。

配置定时器时，需要考虑以下参数：

- **时钟源：**可以是内部时钟（SYSCLK）、外部时钟（EXTCLK）或内部时钟的倍频（PCLKx）。
- **预分频器：**用于降低时钟频率，从而增加定时器的分辨率。
- **计数模式：**可以是向上计数、向下计数或双向计数。
- **中断使能：**可以配置定时器在计数器达到指定值时产生中断。

#### 2.1.2 定时器中断

定时器中断是实现精确延时和实时响应的关键。当计数器达到指定值时，定时器会产生中断。中断服务程序（ISR）可以执行必要的操作，例如更新延时计数器或处理实时事件。

配置定时器中断时，需要考虑以下参数：

- **中断优先级：**确定中断在其他中断中的优先级。
- **中断向量：**指向ISR的函数指针。
- **中断使能：**启用或禁用中断。

### 2.2 软件延时

#### 2.2.1 循环延时

循环延时是一种简单的软件延时方法，通过执行一个空循环来消耗CPU时间。循环延时的精度取决于CPU时钟频率和循环次数。

void delay_us(uint32_t us) {
  uint32_t i;
  for (i = 0; i < us * (SystemCoreClock / 1000000); i++) {
    // 空循环
  }
}

#### 2.2.2 空闲循环延时

空闲循环延时是一种更精确的软件延时方法，利用CPU的空闲周期来执行延时。它通过修改CPU的空闲循环计数器来实现。

void delay_us(uint32_t us) {
  SysTick->LOAD = SystemCoreClock / 1000000 * us;
  SysTick->VAL = 0;
  SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
  while ((SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk) == 0) {
    // 空闲循环
  }
  SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}

# 3. 延时精度与实时性

### 3.1 延时精度影响因素

延时精度是指延时操作的实际延时时间与预期延时时间的偏差程度。影响延时精度的主要因素包括：

#### 3.1.1 时钟源

时钟源的稳定性直接影响延时精度。STM32单片机通常使用内部时钟（HSI、HSE、LSI）或外部时钟（LSE）作为时钟源。内部时钟的频率受温度、电压等因素的影响，稳定性较差，而外部时钟的频率更加稳定，延时精度更高。

#### 3.1.2 定时器分辨率

定时器分辨率是指定时器计数器每增加一次所代表的时间间隔。分辨率越高，延时精度越高。STM32单片机的定时器分辨率通常为 16 位或