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嵌入式学习-EXTI外部中断

news 来源：原创 2025/6/3 16:06:32

STM32 是一种基于 ARM Cortex-M 内核的微控制器系列，广泛应用于嵌入式系统开发。中断（Interrupt）是 STM32 中一个非常重要的功能，它允许微控制器在执行主程序的同时，响应外部事件或内部事件的请求，从而实现多任务处理和实时响应。

1. 中断的基本概念

  • 中断源（Interrupt Source）：触发中断的事件来源，可以是外部信号（如按键按下）、内部事件（如定时器溢出）或其他硬件模块。

  • 中断请求（Interrupt Request, IRQ）：中断源发出的信号，请求 CPU 暂停当前任务，转而执行中断服务程序。

  • 中断优先级（Interrupt Priority）：STM32 支持多级中断优先级，允许根据中断的重要性分配优先级，高优先级的中断可以打断低优先级的中断。

  • 中断服务程序（Interrupt Service Routine, ISR）：当中断发生时，CPU 跳转到对应的中断服务程序执行特定的任务，完成后返回主程序。

2. STM32 中断的配置步骤

配置 STM32 的中断通常需要以下步骤：

  1. 启用中断源：配置相关的硬件模块（如 GPIO、定时器、串口等）以允许其产生中断。

  2. 配置中断优先级：通过 NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）设置中断的优先级。

  3. 使能中断：通过 NVIC 使能对应的中断。

  4. 编写中断服务程序（ISR）：在中断服务程序中处理中断事件。

3. NVIC（中断控制器）

NVIC 是 STM32 的中断控制器，用于管理中断的优先级和中断请求。NVIC 支持多个优先级级别（具体数量取决于芯片型号），可以通过编程配置中断的抢占优先级和子优先级。

  • 抢占优先级（Preemption Priority）：高抢占优先级的中断可以打断低抢占优先级的中断。

  • 子优先级（Subpriority）：在同一抢占优先级下，用于进一步区分中断的优先级。

EXTI的基本结构

  1. GPIO引脚与EXTI通道：

    • 每个GPIO外设（如GPIOA、GPIOB等）有16个引脚，但EXTI模块只有16个通道。因此，需要通过AFIO（复用功能和中断引脚选择）模块进行引脚选择，AFIO模块的作用是从每个GPIO外设的16个引脚中选择一个引脚连接到EXTI通道

  • 中断和事件处理：

    • EXTI模块支持20个输入信号（16个GPIO引脚 + 4个其他外设信号，如PVD、RTC闹钟等），这些信号可以触发中断或事件，中断信号通过NVIC（嵌套向量中断控制器）进行管理，而事件信号则用于触发其他外设的操作

  • 中断触发方式：

    EXTI支持多种触发方式，包括上升沿、下降沿、双边沿（上升沿和下降沿）以及软件触发

  • 中断优先级：

    • 通过NVIC配置中断的优先级，包括抢占优先级和子优先级

EXTI的工作原理

  1. GPIO引脚初始化：

    • 将目标GPIO引脚配置为输入模式，并选择上拉或下拉输入

  • EXTI配置：

    • 使用AFIO模块将GPIO引脚映射到EXTI通道

  • 配置EXTI的触发方式（上升沿、下降沿或双边沿）

  • NVIC配置：

    • 设置中断优先级并使能对应的中断

  • 中断服务函数：

    • 编写中断服务函数（ISR），在中断触发时处理逻辑

EXTI功能框图核心结构

  1. 输入信号（编号1）：

    • EXTI控制器有20个中断/事件输入线，这些输入线可以配置为任意GPIO引脚，也可以是外设事件信号，每个输入信号通常来自GPIO引脚，通过AFIO（复用功能和中断引脚选择）模块映射到EXTI通道

  • 边沿检测电路（编号2）：

    • 输入信号经过边沿检测电路，该电路根据上升沿触发选择寄存器（EXTI_RTSR）和下降沿触发选择寄存器（EXTI_FTSR）的设置来检测信号的上升沿或下降沿，如果检测到配置的边沿跳变，输出有效信号“1”到后续电路

  • 或门电路（编号3）：

    • 或门电路的输入包括边沿检测电路的输出和软件中断事件寄存器（EXTI_SWIER）的输，或门的作用是只要有任意一个输入为“1”，输出即为“1”，用于支持硬件和软件触发

  • 中断信号处理（编号4）：

    • 中断信号经过与门电路，另一个输入来自中断屏蔽寄存器（EXTI_IMR）。只有当EXTI_IMR使能对应位时，信号才会传递到中断挂起寄存器（EXTI_PR）

  • EXTI_PR用于保存中断请求信号，当信号为“1”时，表示有中断请求

  • 中断请求输出（编号5）：

    • EXTI_PR的输出信号被送入NVIC（嵌套向量中断控制器），从而触发中断服务程序（ISR）

  • 事件信号处理（编号6）：

    • 事件信号处理路径与中断路径在或门电路后分开，事件信号通过与门电路，输入来自事件屏蔽寄存器（EXTI_EMR），如果EXTI_EMR使能对应位，信号将传递到脉冲发生器

  • 脉冲发生器（编号7）：

    • 脉冲发生器在输入信号为“1”时产生一个脉冲信号，用于触发其他外设（如定时器TIM、ADC等）

  • 事件输出信号（编号8）：

    • 事件输出信号是一个脉冲信号，用于硬件级的外设触发

EXTI功能框图的特点

  • EXTI功能框图分为中断处理路径和事件处理路径，两者在硬件上有所不同

  • 中断路径通过NVIC触发中断服务程序，属于软件级处理；事件路径通过脉冲信号触发外设，属于硬件级处理

  • EXTI支持多种触发方式，包括上升沿、下降沿、双边沿以及软件触发

首先开启时钟，PIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);//将外部中断的14号线映射到GPIOB，即选择PB14为外部中断引脚。中断向量表在启动文件文件查看。

  • #include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t CountSensor_Count;				//全局变量，用于计数

/**
  * 函    数：计数传感器初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void CountSensor_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);		//开启AFIO的时钟，外部中断必须开启AFIO的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//将PB14引脚初始化为上拉输入
	
	/*AFIO选择中断引脚*/
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);//将外部中断的14号线映射到GPIOB，即选择PB14为外部中断引脚
	
	/*EXTI初始化*/
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;						//定义结构体变量
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;					//选择配置外部中断的14号线
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;					//指定外部中断线使能
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			//指定外部中断线为中断模式
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;		//指定外部中断线为下降沿触发
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);								//将结构体变量交给EXTI_Init，配置EXTI外设
	
	/*NVIC中断分组*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//配置NVIC为分组2
																//即抢占优先级范围：0~3，响应优先级范围：0~3
																//此分组配置在整个工程中仅需调用一次
																//若有多个中断，可以把此代码放在main函数内，while循环之前
																//若调用多次配置分组的代码，则后执行的配置会覆盖先执行的配置
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;		//选择配置NVIC的EXTI15_10线
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//指定NVIC线路的抢占优先级为1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//指定NVIC线路的响应优先级为1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
}

/**
  * 函    数：获取计数传感器的计数值
  * 参    数：无
  * 返 回 值：计数值，范围：0~65535
  */
uint16_t CountSensor_Get(void)
{
	return CountSensor_Count;
}

/**
  * 函    数：EXTI15_10外部中断函数
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
  *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
  *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
  */
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET)		//判断是否是外部中断14号线触发的中断
	{
		/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/
		if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14) == 0)
		{
			CountSensor_Count ++;					//计数值自增一次
		}
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);		//清除外部中断14号线的中断标志位
													//中断标志位必须清除
													//否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死
	}
}

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "CountSensor.h"

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();			//OLED初始化
	CountSensor_Init();		//计数传感器初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Count:");	//1行1列显示字符串Count:
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 7, CountSensor_Get(), 5);		//OLED不断刷新显示CountSensor_Get的返回值
	}
}


#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Encoder.h"

int16_t Num;			//定义待被旋转编码器调节的变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	Encoder_Init();		//旋转编码器初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Num:");			//1行1列显示字符串Num:
	
	while (1)
	{
		Num += Encoder_Get();				//获取自上此调用此函数后，旋转编码器的增量值，并将增量值加到Num上
		OLED_ShowSignedNum(1, 5, Num, 5);	//显示Num
	}
}


#include "stm32f10x.h"                  // Device header

int16_t Encoder_Count;					//全局变量，用于计数旋转编码器的增量值

/**
  * 函    数：旋转编码器初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Encoder_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);		//开启AFIO的时钟，外部中断必须开启AFIO的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//将PB0和PB1引脚初始化为上拉输入
	
	/*AFIO选择中断引脚*/
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);//将外部中断的0号线映射到GPIOB，即选择PB0为外部中断引脚
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);//将外部中断的1号线映射到GPIOB，即选择PB1为外部中断引脚
	
	/*EXTI初始化*/
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;						//定义结构体变量
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;		//选择配置外部中断的0号线和1号线
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;					//指定外部中断线使能
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			//指定外部中断线为中断模式
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;		//指定外部中断线为下降沿触发
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);								//将结构体变量交给EXTI_Init，配置EXTI外设
	
	/*NVIC中断分组*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//配置NVIC为分组2
																//即抢占优先级范围：0~3，响应优先级范围：0~3
																//此分组配置在整个工程中仅需调用一次
																//若有多个中断，可以把此代码放在main函数内，while循环之前
																//若调用多次配置分组的代码，则后执行的配置会覆盖先执行的配置
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;			//选择配置NVIC的EXTI0线
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//指定NVIC线路的抢占优先级为1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//指定NVIC线路的响应优先级为1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;			//选择配置NVIC的EXTI1线
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//指定NVIC线路的抢占优先级为1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;			//指定NVIC线路的响应优先级为2
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
}

/**
  * 函    数：旋转编码器获取增量值
  * 参    数：无
  * 返 回 值：自上此调用此函数后，旋转编码器的增量值
  */
int16_t Encoder_Get(void)
{
	/*使用Temp变量作为中继，目的是返回Encoder_Count后将其清零*/
	/*在这里，也可以直接返回Encoder_Count
	  但这样就不是获取增量值的操作方法了
	  也可以实现功能，只是思路不一样*/
	int16_t Temp;
	Temp = Encoder_Count;
	Encoder_Count = 0;
	return Temp;
}

/**
  * 函    数：EXTI0外部中断函数
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
  *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
  *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
  */
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET)		//判断是否是外部中断0号线触发的中断
	{
		/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/
		if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0)
		{
			if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)		//PB0的下降沿触发中断，此时检测另一相PB1的电平，目的是判断旋转方向
			{
				Encoder_Count --;					//此方向定义为反转，计数变量自减
			}
		}
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);			//清除外部中断0号线的中断标志位
													//中断标志位必须清除
													//否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死
	}
}

/**
  * 函    数：EXTI1外部中断函数
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
  *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
  *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
  */
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET)		//判断是否是外部中断1号线触发的中断
	{
		/*如果出现数据乱跳的现象，可再次判断引脚电平，以避免抖动*/
		if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
		{
			if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0)		//PB1的下降沿触发中断，此时检测另一相PB0的电平，目的是判断旋转方向
			{
				Encoder_Count ++;					//此方向定义为正转，计数变量自增
			}
		}
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);			//清除外部中断1号线的中断标志位
													//中断标志位必须清除
													//否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死
	}
}

正转反转逻辑，A，B相都触发中断，B相下降沿，A相低电平正转；A相下降沿，B相低电平反转

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