Delay time trong lập trình STM32F103 thanh ghi sử dụng SysTick Timer

Nội Dung Bài Viết

Trong lập trình STM32F103 thanh ghi, việc tạo delay time trong lập trình STM32F103 chính xác là yêu cầu nền tảng trong hầu hết các ứng dụng nhúng, từ nhấp nháy LED, xử lý nút nhấn, cho đến điều khiển cảm biến và giao tiếp ngoại vi. Nếu sử dụng các vòng lặp delay thủ công, thời gian trễ thường không ổn định và phụ thuộc mạnh vào xung nhịp hệ thống.

SysTick Timer – bộ định thời tích hợp sẵn trong lõi ARM Cortex-M3 của STM32F103 – cung cấp cơ chế tạo ngắt định kỳ với độ chính xác cao, thường được cấu hình ở mức 1ms để xây dựng các hàm delay và đo thời gian hiệu quả. Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu chi tiết Delay time trong lập trình STM32F103 bằng SysTick Timer, bao gồm phân biệt blocking delay và non-blocking delay, phân tích ưu nhược điểm, và các ví dụ thực tế khi lập trình STM32F103 bare-metal sử dụng thanh ghi.

Các phương pháp tạo Delay time trong STM32F103

Lập trình STM32F103 thanh ghi - So sánh blocking delay và non-blocking delay time trong lập trình STM32F103RCT6 — So sánh blocking delay và non-blocking delay trong lập trình nhúng STM32F103RCT6

Trong lập trình STM32F103, có hai phương pháp chính để tạo độ trễ dựa trên SysTick timer:

Blocking Delay (Độ trễ chặn)
Non-blocking Delay (Độ trễ không chặn)

Mỗi phương pháp có nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại ứng dụng nhúng khác nhau.

Blocking Delay trong STM32F103

Khái niệm Blocking Delay

Tìm hiều blocking delay trong lập trình nhúng STM32F103RCT6

Blocking delay là phương pháp tạo độ trễ mà trong suốt thời gian delay, CPU bị “chặn”, không thể thực hiện bất kỳ tác vụ nào khác. Phương pháp này thường được triển khai bằng vòng lặp bận (busy-wait), dựa trên biến đếm thời gian từ SysTick timer.

Hàm Delay_ms sử dụng SysTick

Cách hoạt động Blocking Delay

Khi gọi Delay_ms(ms), CPU sẽ chờ cho đến khi đủ số ms yêu cầu.
Biến msTicks được tăng trong ngắt SysTick (1ms/tick).
Vòng while liên tục kiểm tra thời gian trôi qua cho đến khi đủ.

Ưu điểm của Blocking Delay

Dễ triển khai, mã nguồn đơn giản.
Phù hợp cho các chương trình nhỏ, demo, hoặc ứng dụng không yêu cầu đa nhiệm.

Nhược điểm của Blocking Delay

Lãng phí tài nguyên CPU do CPU bị chặn hoàn toàn.
Không thể:
- Đọc nút nhấn
- Xử lý UART
- Cập nhật cảm biến
Không phù hợp cho các hệ thống cần phản hồi nhanh hoặc đa nhiệm.

Ví dụ Blocking Delay điều khiển LED

int main(void) 
{
    SystemClock_Config();  // Initialize system clock
    GPIO_LED_Config();
    GPIO_Button_Config();
    SysTick_Config_1ms();

    while (1) {
                // Toggle LED0 (PA8) every 15s
                LED_On();
                Delay_ms(15000); //15000ms
                LED_Off();
                Delay_ms(15000); //15000ms
    }
}

int main(void)

{

SystemClock_Config(); // Initialize system clock

GPIO_LED_Config();

GPIO_Button_Config();

SysTick_Config_1ms();

while (1) {

// Toggle LED0 (PA8) every 15s

LED_On();

Delay_ms(15000); //15000ms

LED_Off();

Delay_ms(15000); //15000ms

}

👉 Trong ví dụ này, mỗi lần gọi Delay_ms(15000):

CPU bị chặn trong 15 giây
Mọi tác vụ khác đều bị dừng

Link Github: Download chương trình delay 1ms using systick timer by blocking delay

Non-blocking Delay trong STM32F103

Khái niệm Non-blocking Delay

Tìm hiều non-blocking delay trong lập trình nhúng STM32F103RCT6

Non-blocking delay là phương pháp tạo độ trễ không chặn CPU. Thay vì chờ, chương trình liên tục kiểm tra thời gian trôi qua và chỉ thực hiện hành động khi đủ thời gian.

Phương pháp này rất quan trọng trong các hệ thống:

Có nhiều tác vụ chạy song song
Cần phản hồi nhanh
Không dùng RTOS

Nguyên lý hoạt động Non-blocking Delay

Sử dụng biến toàn cục msTicks (tăng mỗi 1ms bởi SysTick)
Lưu mốc thời gian bắt đầu
So sánh: msTicks - timeStart >= delay_time
Khi đủ thời gian → thực hiện hành động

Ưu điểm của Non-blocking Delay

CPU vẫn tiếp tục xử lý các tác vụ khác
Phù hợp cho:
- Đọc nút nhấn
- Giao tiếp UART
- FSM (Finite State Machine)
Tiết kiệm tài nguyên CPU, hiệu quả cao

Nhược điểm của Non-blocking Delay

Mã nguồn phức tạp hơn
Cần quản lý biến thời gian và trạng thái
Phải cấu hình SysTick timer chính xác

Ví dụ Non-blocking Delay bật/tắt LED mỗi 15s

int main(void) 
{
    SystemClock_Config();  // Initialize system clock
    GPIO_LED_Config();
    GPIO_Button_Config();
    SysTick_Config_1ms();

    uint32_t timeStart_toggle = msTicks;

    while (1) {
                // Other delay 15s that not affect to runing time of systime
                if (msTicks - timeStart_toggle >= 15000)
                {
                    LED_Toggle();
                    timeStart_toggle = msTicks;
                }
    }
}

int main(void)

{

SystemClock_Config(); // Initialize system clock

GPIO_LED_Config();

GPIO_Button_Config();

SysTick_Config_1ms();

uint32_t timeStart_toggle = msTicks;

while (1) {

// Other delay 15s that not affect to runing time of systime

if (msTicks - timeStart_toggle >= 15000)

{

LED_Toggle();

timeStart_toggle = msTicks;

}

Trong đoạn code này, non-blocking delay được sử dụng:

timeStart_toggle lưu thời điểm bắt đầu
Mỗi vòng lặp while(1):
- Kiểm tra thời gian trôi qua
- Không chặn CPU
LED vẫn bật/tắt chính xác mỗi 15 giây, trong khi hệ thống vẫn hoạt động bình thường

Link Github: Download chương trình delay 1ms using systick timer by non-blocking delay

So sánh Blocking Delay và Non-blocking Delay

Tiêu chí	Blocking Delay	Non-blocking Delay
CPU	Bị chặn	Không bị chặn
Độ phức tạp	Thấp	Cao hơn
Đa nhiệm	❌ Không	✅ Có
Ứng dụng	Demo, test	Ứng dụng thực tế
Kết hợp FSM	❌	✅

Kết luận

Blocking delay phù hợp cho các chương trình đơn giản, test nhanh.
Non-blocking delay là giải pháp chuẩn trong lập trình STM32F103 thanh ghi, đặc biệt khi:
- Không dùng RTOS
- Cần xử lý nhiều tác vụ đồng thời
SysTick timer đóng vai trò trung tâm trong việc đo thời gian và tạo delay chính xác.

👉 Việc hiểu rõ và sử dụng đúng blocking / non-blocking delay là nền tảng để phát triển:

FSM
Scheduler
Debounce nút nhấn
Ứng dụng embedded chuyên nghiệp

Delay time trong lập trình STM32F103 thanh ghi sử dụng SysTick Timer

Các phương pháp tạo Delay time trong STM32F103