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前言
在嵌入式系统开发中，中断机制是提高系统实时性和效率的重要手段。相比传统的51单片机，STM32微控制器提供了更为丰富和灵活的外部中断资源。本文将全面介绍STM32的外部中断(EXTI)功能，包括其工作原理、配置方法和实际应用技巧。
一、外部中断概述
外部中断(EXTI, External Interrupt/Event Controller)是STM32中用于处理外部信号变化的重要外设，它位于APB2总线上。在STM32F1系列中，共有20个EXTI线。
中断与查询的对比：
- 查询方式：就像不断查看水是否烧开，CPU需要持续轮询状态，效率低下
- 中断方式：如同使用带提醒功能的水壶，水开时自动通知，CPU可处理其他任务
EXTI不仅能产生中断，还能产生事件，二者区别在于：
- 中断：会触发CPU执行中断服务程序(软件行为)
- 事件：直接触发其他外设工作(硬件行为)，如启动ADC转换或定时器计数
二、STM32外部中断系统架构
1. 外部中断线分配
STM32F10x系列的EXTI控制器具有以下特点：
- 供GPIO使用的中断线：16个(EXTI0~EXTI15)
- 专用中断线：4个(EXTI16~EXTI19)，分别连接到：
- EXTI16：PVD输出
- EXTI17：RTC闹钟事件
- EXTI18：USB唤醒事件
- EXTI19：以太网唤醒事件(仅互联型产品)
GPIO引脚与EXTI线的映射关系如下：
- 每个GPIO端口的Pin x都连接到EXTIx线
- 例如：PA0、PB0、PC0…都连接到EXTI0线
2. 功能框图分析
3. 中断向量表
STM32的中断向量表中与EXTI相关的中断有：
| 中断向量 | 描述 |
|---|---|
| EXTI0_IRQn | EXTI线0中断 |
| EXTI1_IRQn | EXTI线1中断 |
| EXTI2_IRQn | EXTI线2中断 |
| EXTI3_IRQn | EXTI线3中断 |
| EXTI4_IRQn | EXTI线4中断 |
| EXTI9_5_IRQn | EXTI线[9:5]中断 |
| EXTI15_10_IRQn | EXTI线[15:10]中断 |
4. 中断优先级配置
STM32使用NVIC管理中断优先级，配置步骤：
- 设置优先级分组(
NVIC_PriorityGroupConfig) - 为每个中断通道配置抢占优先级和子优先级
示例配置：
static void EXTI_NVIC_Config(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 配置优先级分组(组0: 0位抢占优先级, 4位子优先级)NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);// 配置EXTI0中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
三、外部中断库函数开发
1. 配置流程
- 开启时钟：GPIO和AFIO时钟
- 初始化GPIO：设置为输入模式
- 配置EXTI线：选择触发边沿和模式
- 配置NVIC：设置中断优先级
- 编写中断服务函数：处理中断并清除标志
2. 代码实现
头文件定义 (bsp_key.h)：
#ifndef __BSP_KEY_H
#define __BSP_KEY_H// 按键A(PA0)配置
#define KEYA_INT_GPIO_PIN GPIO_Pin_0
#define KEYA_INT_GPIO_PORT GPIOA
#define KEYA_INT_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO)
#define KEYA_INT_EXTI_Mode EXTI_Mode_Interrupt
#define KEYA_INT_EXTI_Line EXTI_Line0
#define KEYA_INT_EXTI_TRIGGER EXTI_Trigger_Rising
#define KEYA_INT_EXTI_IRQChanned EXTI0_IRQn
#define KEYA_INT_EXTI_PinSource GPIO_PinSource0// 按键C(PC13)配置
#define KEYC_INT_GPIO_PIN GPIO_Pin_13
#define KEYC_INT_GPIO_PORT GPIOC
#define KEYC_INT_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_AFIO)
#define KEYC_INT_EXTI_Mode EXTI_Mode_Interrupt
#define KEYC_INT_EXTI_Line EXTI_Line13
#define KEYC_INT_EXTI_TRIGGER EXTI_Trigger_Falling
#define KEYC_INT_EXTI_IRQChanned EXTI15_10_IRQn
#define KEYC_INT_EXTI_PinSource GPIO_PinSource13#endif
EXTI初始化函数：
void EXTI_Key_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;// 1. 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(KEYA_INT_GPIO_CLK, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(KEYC_INT_GPIO_CLK, ENABLE);// 2. 配置GPIOGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEYA_INT_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(KEYA_INT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEYC_INT_GPIO_PIN;GPIO_Init(KEYC_INT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);// 3. 配置EXTI线GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, KEYA_INT_EXTI_PinSource);EXTI_InitStructure.EXTI_Line = KEYA_INT_EXTI_Line;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = KEYA_INT_EXTI_Mode;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = KEYA_INT_EXTI_TRIGGER;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, KEYC_INT_EXTI_PinSource);EXTI_InitStructure.EXTI_Line = KEYC_INT_EXTI_Line;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = KEYC_INT_EXTI_TRIGGER;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);// 4. 配置NVICEXTI_NVIC_Config();
}
中断服务函数：
// EXTI0中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET){LED_Toggle(); // 处理中断EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除中断标志}
}// EXTI15-10中断服务函数
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line13) != RESET){LED_Toggle();EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line13);}
}
3. 共享中断线问题探讨
问题：多个GPIO引脚(如PA0、PB0、PC0)共享同一条EXTI线(EXTI0)，能否同时使用？
理论分析：
- 硬件上，同一时间只能有一个EXTI线配置生效
- 可通过软件方式实现"共享"：
- 在中断服务函数中读取所有相关GPIO的状态
- 根据电平变化判断具体是哪个引脚触发的中断
实现尝试：
void EXTI0_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)){// 检查PA0if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == Bit_SET){// 处理PA0中断}// 检查PB0if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == Bit_RESET){// 处理PB0中断}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);}
}
注意事项：
- 共享中断线的GPIO必须配置相同的触发边沿
- 中断响应时间会略有增加
- 实际测试中可能出现预期外的行为，需谨慎使用
四、总结
STM32的外部中断系统提供了强大的外部事件处理能力，合理使用可以显著提高系统的实时性和效率。关键点包括：
- 理解EXTI线与GPIO引脚的映射关系
- 掌握中断和事件的区别与应用场景
- 熟悉NVIC优先级配置方法
- 正确处理中断服务函数和标志清除
对于共享中断线的情况，虽然理论可行，但在实际应用中需谨慎评估需求，必要时可考虑使用其他方案如定时扫描或专用中断芯片。
通过本文的介绍，希望读者能够全面掌握STM32外部中断的原理和应用，在项目中灵活运用这一重要功能。