STM32 开发 - 中断案例（中断概述、STM32 的中断、NVIC 嵌套向量中断控制器、外部中断配置寄存器组、EXTI 外部中断控制器、实例实操）

一、中断概述

1. 中断：在主程序运行过程中，出现了特定事件，使得 CPU 暂停当前正在运行的程序，转而去处理这个事件，等这个事件处理完成之后，CPU 再回到刚才被打断的位置继续处理

2. 中断源：打断 CPU 执行的特定事件

3. 断点：被中断源打断的位置

4. 执行中断处理程序：处理特定事件的过程

5. 中断嵌套：在执行中断程序的时候，这个时候有可能被另外一个中断源给中断，CPU 转而去执行另外一个中断源的中断处理程序

6. 中断优先级：优先级高的可以打断优先级低的，优先级低的无法打断优先级高的

7. 外部中断源与内部中断源：中断源可以是外部的，也可以是内部的

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二、STM32 的中断

1. Cortex-M3 内核支持 256 个中断，其中包含了 16 个内核中断和 240 个外部中断，并且具有 256 级的可编程中断设置

2. 一般情况下，芯片厂商会对 Cortex-M3 的中断进行裁剪

3. STM32 有 84 个中断，包括 16 个内核中断和 68 个可屏蔽中断，具有 16 级可编程的中断优先级

4. STM32F103 系列有 70 个中断，有 10 个内核中断和 60 个可编程的外部中断

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三、NVIC 嵌套向量中断控制器

1、概述

1. NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）嵌套向量中断控制器，是用于管理中断的核心模块

2. NVIC 可以高效处理多优先级中断，支持低延迟响应

3. NVIC 管理着包括内核异常，外部中断等所有中断，由 NVIC 决定哪个中断的处理程序交给 CPU 来执行

4. 每一个外部中断都可以被使能或者禁止，并且可以被设置为挂起状态或者清除状态

5. 处理器的中断可以是电平形式的，也可以是脉冲形式的，这样 NVIC 就可以处理任何中断源

6. 16 个 IO 的中断与 PVD（电源电压检测），RTC（实时时钟），USB，以太网检测这 20 个外部中断会通过 EXTI 来控制，然后交给 NVIC，其他中断都是直接交给 NVIC 来处理

2、中断优先级

• NVIC 为了方便管理中断，可以通过软件给每个中断设置优先级，NVIC 用 4 个位来控制优先级，值小的优先级高，把优先级分为两种：抢占优先级与响应优先级

1. 优先级值越小，优先级越高

2. 如果不设置优先级，则默认优先级为 0

3. 先比较抢占优先级，抢占优先级高的可以打断抢占优先级低的

4. 若抢占优先级一样，再比较响应优先级，但是响应优先级不会导致中断嵌套

5. 若抢占优先级一样的同时挂起，则优先处理响应抢占优先级高的

6. 若挂起的优先级（抢占和响应）都一样，则查找中断向量表，值小的先响应

• NVIC 对优先级分了 5 组，在程序中先对中断进行分组，而且分组只能分一次，若多次分，只有最后一次生效

分组	抢占优先级	响应优先级
0	0 位取值范围：0	4 位取值范围：0 ~ 15
1	1 位取值范围：0 ~ 1	3 位取值范围：0 ~ 7
2	2 位取值范围：0 ~ 3	2 位取值范围：0 ~ 3
3	3 位取值范围：0 ~ 7	1 位取值范围：0 ~ 1
4	4 位取值范围：0 ~ 15	0 位取值范围：0

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四、外部中断配置寄存器组

typedef struct
{__IO uint32_t EVCR;__IO uint32_t MAPR;__IO uint32_t EXTICR[4];uint32_t RESERVED0;__IO uint32_t MAPR2;  
} AFIO_TypeDef;

1. 其中，EXTICR[4] 是外部中断配置寄存器组

2. 它由 4 个 32 位寄存器组成，每个寄存器控制 4 个外部中断线的配置

3. 外部中断配置寄存器组用于将 GPIO 引脚连接到对应的 EXTI 中断线

寄存器	地址偏移	管理的中断线
EXTICR[0]	0x08	EXTI0 ~ EXTI3
EXTICR[1]	0x0C	EXTI4 ~ EXTI7
EXTICR[2]	0x10	EXTI8 ~ EXTI11
EXTICR[3]	0x14	EXTI12 ~ EXTI15

• 例如，EXTICR[0] 就是控制 EXTI0 ~ EXTI3 这 4 个外部中断线的配置

位域	功能	对应 GPIO 端口
EXTI3[15:11]	选择 EXTI3 的 GPIO 端口（PA3 ~ PI3）	0000: PA3 0001: PB3 0010: PC3 0011: PD3 0100: PE3 0101: PF3 0110: PG3 0111: PH3 1000: PI3
EXTI2[11:8]	选择 EXTI2 的 GPIO 端口（PA2 ~ PI2）	0000: PA2 0001: PB2 0010: PC2 0011: PD2 0100: PE2 0101: PF2 0110: PG2 0111: PH2 1000: PI2
EXTI1[7:4]	选择 EXTI1 的 GPIO 端口（PA1 ~ PI1）	0000: PA1 0001: PB1 0010: PC1 0011: PD1 0100: PE1 0101: PF1 0110: PG1 0111: PH1 1000: PI1
EXTI0[3:0]	选择 EXTI0 的 GPIO 端口（PA0 ~ PI0）	0000: PA0 0001: PB0 0010: PC0 0011: PD0 0100: PE0 0101: PF0 0110: PG0 0111: PH0 1000: PI0

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五、EXTI 外部中断控制器

基本介绍

1. EXTI，全称 External Interrupt/Event Controller，即外部中断控制器

2. EXTI 是 STM32 中用于管理外部中断和事件的模块，它负责检测 GPIO 引脚、外设或软件触发的中断 / 事件请求，并将其传递给 NVIC 或直接触发事件响应

typedef struct
{__IO uint32_t IMR;__IO uint32_t EMR;__IO uint32_t RTSR;__IO uint32_t FTSR;__IO uint32_t SWIER;__IO uint32_t PR;
} EXTI_TypeDef;

寄存器	地址偏移	功能
IMR	0x00	中断屏蔽寄存器
EMR	0x04	事件屏蔽寄存器
RTSR	0x08	上升沿触发选择寄存器
FTSR	0x0C	下降沿触发选择寄存器
SWIER	0x10	软件中断事件寄存器
PR	0x14	中断挂起寄存器

IMR

• IMR 全称 Interrupt Mask Register，即中断屏蔽寄存器

• IMR 控制是否允许外部中断线产生中断请求，即屏蔽或使能

位域	说明
[31:20]	保留，必须始终保持为复位状态（0）
[19:0]	线 x 上的中断屏蔽 0：屏蔽来自线 x 上的中断请求 1：开放来自线 x 上的中断请求 注：位 19 只适用于互联型产品，对于其它产品为保留位

EMR

• EMR 全称 Event Mask Register，即事件屏蔽寄存器

• EMR 控制是否允许外部中断线产生事件请求，即屏蔽或使能

位域	说明
[31:20]	保留，必须始终保持为复位状态（0）
[19:0]	线 x 上的事件屏蔽 0：屏蔽来自线 x 上的事件请求 1：开放来自线 x 上的事件请求 注：位 19 只适用于互联型产品，对于其它产品为保留位

RTSR

• RTSR 全称 Rising Trigger Selection Register，即上升沿触发选择寄存器

• RTSR 配置外部中断 / 事件的触发条件为信号上升沿，即从低电平跳变到高电平

位域	说明
[31:19]	保留，必须始终保持为复位状态（0） 注：位 19 只适用于互联型产品，对于其它产品为保留位
[18:0]	线 x 上的上升沿触发选择 0：禁止来自线 x 上的上升沿触发 1：开放来自线 x 上的上升沿触发

FTSR

• FTSR 全称 Falling Trigger Selection Register，即下降沿触发选择寄存器

• FTSR 配置外部中断 / 事件的触发条件为信号下降沿，即从低电平跳变到高电平

位域	说明
[31:19]	保留，必须始终保持为复位状态（0） 注：位 19 只适用于互联型产品，对于其它产品为保留位
[18:0]	线 x 上的下降沿触发选择 0：禁止来自线 x 上的下降沿触发 1：开放来自线 x 上的下降沿触发

SWIER

• SWIER 全称 Software Interrupt Event Register，即软件中断事件寄存器

• SWIER 通过软件写入模拟外部中断 / 事件的触发，即无需实际电平变化

位域	说明
[31:19]	保留，必须始终保持为复位状态（0） 注：位 19 只适用于互联型产品，对于其它产品为保留位
[18:0]	线 x 上的软件中断 / 事件 当该位为 0 时，写 1 将设置 PR 中相应的挂起位，如果在 IMR 和 EMR 中允许产生该中断 / 事件，则此时将产生一个中断 / 事件 通过清除 PR 的对应位，即写 1 到 PR，可以间接清除该位为 0

PR

• PR 全称 Pending Register，即中断挂起寄存器

• OR 标志请求是否已触发且未处理（挂起状态）

位域	说明
[31:19]	保留，必须始终保持为复位状态（0） 注：位 19 只适用于互联型产品，对于其它产品为保留位
[18:0]	线 x 上的挂起位 0：没有发生触发请求 1：发生了选择的触发请求 当在外部中断线上发生了选择的边沿事件，该位被置 1，在该位中写入 1 可以清除它，也可以通过改变边沿检测的极性清除

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六、实例实操

• 使用按钮 PE4 作为按键输入，通过外部中断控制 LED 灯 PB5

#include "stm32f10x.h"int main()
{// RCC APB2 使能RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN; // 使能 GPIOB 时钟RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPEEN; // 使能 GPIOE 时钟RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN; // 使能 AFIO 时钟（用于外部中断配置）// 清除 PB5 配置GPIOB->CRL &= ~(GPIO_CRL_MODE5 | GPIO_CRL_CNF5);// 清除 PE4 配置GPIOE->CRL &= ~(GPIO_CRL_MODE4 | GPIO_CRL_CNF4);// 设置 PB5 为推挽输出模式，最大速度为 50MHGPIOB->CRL |= GPIO_CRL_MODE5_0 | GPIO_CRL_MODE5_1;// 设置 PE4 为输入模式，上拉GPIOE->CRL |= GPIO_CRL_CNF4_0;GPIOE->ODR |= GPIO_ODR_ODR4;// 点亮 PB5GPIOB->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR5;// 清除 EXTI4 配置AFIO->EXTICR[1] &= ~AFIO_EXTICR2_EXTI4; // 清除 EXTI4 的连接EXTI->IMR &= ~EXTI_IMR_MR4; // 禁用EXTI4中断屏蔽EXTI->FTSR &= ~EXTI_FTSR_TR4; // 禁用EXTI4下降沿触发// 设置 EXTI4 配置AFIO->EXTICR[1] |= AFIO_EXTICR2_EXTI4_PE; // 将 PE4 连接到 EXTI4EXTI->IMR |= EXTI_IMR_MR4; // 使能 EXTI4 中断屏蔽EXTI->FTSR |= EXTI_FTSR_TR4; // 使能 EXTI4 下降沿触发// 设置 EXTI4 中断优先级为15NVIC_SetPriority(EXTI4_IRQn, 0x0F);// 使能 EXTI4 中断通道NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn);while (1);
}void EXTI4_IRQHandler(void)
{// 检查中断标志if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR4){EXTI->PR = EXTI_PR_PR4;// 软件消抖for (volatile uint32_t i = 0; i < 720000; i++);// 翻转 PB5GPIOB->ODR ^= GPIO_ODR_ODR5;}
}