在STM32开发中，延时是常见的操作之一，实现方法多样。下面将详细介绍几种常用的延时方式、其工作原理、适用场景，并结合示例代码进行分析。

目录

1. 空循环延时

2. HAL库延时函数 HAL_Delay()

3. SysTick定时器延时

4. 通用定时器延时

5. RTOS系统自带延时函数

总结

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PS：1s= 1000ms，1ms=1000μs，1us=1000ns

1. 空循环延时

（1）原理：通过执行一系列无实际功能的指令来消耗CPU时间，从而达到延时的效果。这种方式简单直接，但精确度不高。

void delay(uint32_t count) {
    for(uint32_t i = 0; i < count; i++);
}

（2）适用场景

裸机系统中的简单应用：例如控制LED闪烁，对于精度要求不高的场合非常实用。

调试阶段：在快速测试和观察现象时很有帮助。

（3）缺点：受CPU频率和编译器优化的影响较大，导致延时不够稳定和准确。

2. HAL库延时函数 HAL_Delay()（ms级别）

（1）原理：基于SysTick定时器实现，提供毫秒级别的阻塞式延时。调用此函数时，程序会进入等待状态直到指定时间到达。

/**
 * @brief 此函数是 HAL 库提供的毫秒级延时函数，使用弱定义（__weak），允许用户在需要时重写该函数。
 * @param Delay 要延时的毫秒数
 * @retval 无
 */
__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
    // 记录延时开始时的系统滴答计数
    uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
    // 保存要延时的毫秒数
    uint32_t wait = Delay;

    /* Add a freq to guarantee minimum wait */
    // 如果要延时的时间小于 HAL_MAX_DELAY，为了保证最小的延时时间，在延时时间上加上 uwTickFreq
    // uwTickFreq 通常是系统滴答定时器的频率（单位：毫秒）
    if (wait < HAL_MAX_DELAY)
    {
        wait += (uint32_t)(uwTickFreq);
    }

    // 进入循环，持续检查从延时开始到现在经过的时间是否达到指定的延时时间
    // HAL_GetTick() 函数用于获取当前的系统滴答计数
    while ((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)
    {
        // 循环体为空，此循环会一直占用 CPU 资源，直到延时时间到达
    }
}

（2）适用场景

对实时性要求不高的裸机项目：适合需要简单的毫秒级延时的应用场景。

非实时操作系统：由于其阻塞性质，不适合对响应速度有严格要求的环境。

（3）缺点：HAL_Delay()不要在中断服务程序中使用，因其是阻塞式函数，延时期间CPU等待，会错过其他中断，还破坏中断嵌套机制，影响系统实时性与稳定性，可用定时器或软件计时替代。

3. SysTick定时器延时（us级别）

（1）原理：利用ARM Cortex-M内核自带的24位递减计数器SysTick(系统节拍)，它属于 NVIC的一部分,且可以产生 SysTick 异常(异常类型#15)。通过读取并判断计数值来实现精确延时，从0xFFFFFF向下计数到0。

/**********************************************************************
 * 函数名称： udelay
 * 功能描述： us 级别的延时函数(复制 rt - thread 的代码)
 * 输入参数： us - 延时多少 us
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 无
 * 修改日期        版本号     修改人	      修改内容
 * -----------------------------------------------
 ***********************************************************************/
void udelay(int us)
{
    // 记录 SysTick 定时器当前的计数值，作为计时起点
    uint32_t told = SysTick->VAL;
    uint32_t tnow;

    // 获取 SysTick 定时器的重装载值，用于后续计算
    uint32_t load = SysTick->LOAD;

    /* LOAD+1 个时钟对应 1ms
     * n us 对应 n*(load+1)/1000 个时钟
     */
    // 根据输入的 us 数，计算需要的时钟滴答数
    uint32_t ticks = us*(load+1)/1000;

    // 用于累计已经过去的时钟滴答数
    uint32_t cnt = 0;

    // 进入循环，开始计时
    while (1)
    {
        // 获取 SysTick 定时器当前的计数值
        tnow = SysTick->VAL;
        if (told >= tnow)
            // 如果计数值没有溢出，直接计算两次计数值的差值并累加到 cnt 中
            cnt += told - tnow;
        else
            // 如果计数值溢出了，需要加上重装载值来正确计算经过的滴答数
            cnt += told + load + 1 - tnow;

        // 更新计时起点为当前计数值
        told = tnow;
        if (cnt >= ticks)
            // 当累计的滴答数达到需要的滴答数时，退出循环，延时结束
            break;
    }	
}

（2）适用场景

需要精确短时延时的裸机系统：如I2C、SPI通信中的时序控制。

RTOS环境中作为心跳时钟：为操作系统提供基本的时间基准。

4. 通用定时器延时（us级别）

（1）原理：通过配置STM32的通用定时器（如TIM2-TIM5），通过读取定时器 4 的计数值，结合定时器的自动重装载值，计算出需要的时钟滴答数，然后在一个循环中不断累加已经过去的时钟滴答数，直到达到需要的延时时间，从而实现微秒级的延时。

/**
 * @brief  实现微秒级延时的函数
 * @param  us: 需要延时的微秒数
 * @retval 无
 * @note   此函数利用定时器4 (TIM4) 的计数值来实现精确的微秒级延时。
 *         前提是TIM4已经正确配置，并且其计数周期和时钟频率已知。
 */
void udelay(int us)
{
    // 获取定时器4当前的计数值，作为延时开始的初始计数值
    uint32_t told = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4);
    // 用于存储定时器4当前的计数值
    uint32_t tnow;

    // 获取定时器4的自动重装载值，该值决定了定时器计数的上限
    uint32_t load =  __HAL_TIM_GET_AUTORELOAD(&htim4);

    /* LOAD+1个时钟对应1ms
     * n us对应 n*(load+1)/1000个时钟
     */
    // 根据传入的微秒数us，计算需要的时钟滴答数
    // 这里的计算基于LOAD+1个时钟对应1ms的关系
    uint32_t ticks = us*(load+1)/1000;

    // 用于累计已经过去的时钟滴答数
    uint32_t cnt = 0;

    // 进入循环，开始进行延时计时
    while (1)
    {
        // 获取定时器4当前的计数值
        tnow = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4);

        if (tnow >= told)
            // 如果当前计数值大于等于初始计数值，说明定时器没有发生溢出
            // 直接计算两次计数值的差值，并累加到已经过去的时钟滴答数cnt中
            cnt += tnow - told;
        else
            // 如果当前计数值小于初始计数值，说明定时器发生了溢出
            // 需要考虑溢出情况，计算经过的时钟滴答数并累加到cnt中
            cnt += load + 1 - told + tnow;

        // 更新初始计数值为当前计数值，为下一次循环做准备
        told = tnow;

        if (cnt >= ticks)
            // 当累计的时钟滴答数达到或超过需要的时钟滴答数时
            // 说明延时时间已到，退出循环
            break;
    }	
}

（2）适用场景

对延时精度有较高要求的裸机应用：如电机控制或PWM信号生成。

RTOS任务中的精确延时需求：确保不影响其他任务的同时完成精准延时。

5. RTOS系统自带延时函数（ms级别）

（1）原理：以FreeRTOS为例，vTaskDelay函数允许任务暂停指定的时间，期间释放CPU给其他任务，待时间到达后恢复任务。

/*********************** Generic Wait Functions *******************************/
/**
* @brief   Wait for Timeout (Time Delay)
* @param   millisec      time delay value
* @retval  status code that indicates the execution status of the function.
*/
osStatus osDelay (uint32_t millisec)
{
#if INCLUDE_vTaskDelay
  TickType_t ticks = millisec / portTICK_PERIOD_MS;
  
  vTaskDelay(ticks ? ticks : 1);          /* Minimum delay = 1 tick */
  
  return osOK;
#else
  (void) millisec;
  
  return osErrorResource;
#endif
}

（2）适用场景

多任务环境下的同步与调度：适用于周期性任务执行或任务间协调。

总结

每种延时方法都有其特点和适用范围。在选择时，应综合考虑应用的需求、系统的架构以及性能要求。