外部中断实验 #STM32F407

news2025/3/16 10:00:47

外部中断实验

此实验将外部中断配置为按键输入，通过按键输入触发外部中断，在外部中断里面实施相应的处理，具体功能：

  1. 按下KEY0，翻转LED0状态
  2. 按下KEY1，翻转LED1状态
  3. 按下KEY2，同时翻转LED0和LED1状态
  4. 按下KEY_UP，翻转BEEP状态

在中断回调函数里面使用delay进行消抖，导致中断是阻塞的，不符合中断快速执行的原则，linux中的按键处理是实验外部中断+定时器共同实现的，更具普遍性。

弄清楚：

  1. 中断在单片机中是如何实现的
  2. 外部中断处理流程（程序）
  3. 如何配置外部中断

main函数

main函数代码：

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/BEEP/beep.h"
#include "./BSP/EXTI/exti.h"


int main(void)
{    
    HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);     /* 设置时钟,168Mhz */
    delay_init(168);                        /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                     /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                             /* 初始化LED */
    beep_init();                            /* 初始化蜂鸣器 */
    extix_init();                           /* 初始化外部中断输入 */
    LED0(0);                                /* 先点亮红灯 */

    while(1)
    {
        delay_ms(1000);
    }
}

在main中主要做的是初始化，然后在while(1)里面死循环等待中断的到来，HAL_Init是使用HAL库必须调用的初始化函数；sys_stm32_clock_init、delay_init、usart_init这三个函数是正点原子编写的SYSTEM初始化函数，配置了系统时钟，延时函数，串口配置，实现单片机开发常用基本功能；然后调用led_init、beep_init、extix_init，初始化LED引脚、BEEP引脚、EXTI外部中断，KEY引脚初始化是在extix_init中进行调用的，故未在main中体现，完成所有的硬件初始化后，先将LED0点亮。

本次实验的核心是extix_init以及中断处理函数

exti.h

#ifndef __EXTI_H
#define __EXTI_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"


/******************************************************************************************/
/* 引脚 和 中断编号 & 中断服务函数 定义 */ 

#define KEY0_INT_GPIO_PORT              GPIOE
#define KEY0_INT_GPIO_PIN               GPIO_PIN_4
#define KEY0_INT_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)   /* PE口时钟使能 */
#define KEY0_INT_IRQn                   EXTI4_IRQn
#define KEY0_INT_IRQHandler             EXTI4_IRQHandler

#define KEY1_INT_GPIO_PORT              GPIOE
#define KEY1_INT_GPIO_PIN               GPIO_PIN_3
#define KEY1_INT_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)   /* PE口时钟使能 */
#define KEY1_INT_IRQn                   EXTI3_IRQn
#define KEY1_INT_IRQHandler             EXTI3_IRQHandler

#define KEY2_INT_GPIO_PORT              GPIOE
#define KEY2_INT_GPIO_PIN               GPIO_PIN_2
#define KEY2_INT_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)   /* PE口时钟使能 */
#define KEY2_INT_IRQn                   EXTI2_IRQn
#define KEY2_INT_IRQHandler             EXTI2_IRQHandler

#define WKUP_INT_GPIO_PORT              GPIOA
#define WKUP_INT_GPIO_PIN               GPIO_PIN_0
#define WKUP_INT_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)   /* PA口时钟使能 */
#define WKUP_INT_IRQn                   EXTI0_IRQn
#define WKUP_INT_IRQHandler             EXTI0_IRQHandler

.h文件中将引脚相关的量宏定义，方便理解与更改，并且将中断函数重定义，如将EXTI2_IRQHandler定义成KEY2_INT_IRQHandler，方便自己编写维护

exti.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/BEEP/beep.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/EXTI/exti.h"


/**
 * @brief       KEY0 外部中断服务程序
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void KEY0_INT_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY0_INT_GPIO_PIN);         /* 调用中断处理公用函数 清除KEY0所在中断线 的中断标志位 */
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(KEY0_INT_GPIO_PIN);         /* HAL库默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
}

/**
 * @brief       KEY1 外部中断服务程序
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void KEY1_INT_IRQHandler(void)
{ 
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY1_INT_GPIO_PIN);         /* 调用中断处理公用函数 清除KEY1所在中断线 的中断标志位，中断下半部在HAL_GPIO_EXTI_Callback执行 */
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(KEY1_INT_GPIO_PIN);         /* HAL库默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
}

/**
 * @brief       KEY2 外部中断服务程序
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void KEY2_INT_IRQHandler(void)
{ 
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY2_INT_GPIO_PIN);        /* 调用中断处理公用函数 清除KEY2所在中断线 的中断标志位，中断下半部在HAL_GPIO_EXTI_Callback执行 */
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(KEY2_INT_GPIO_PIN);        /* HAL库默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
}

/**
 * @brief       WK_UP 外部中断服务程序
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void WKUP_INT_IRQHandler(void)
{ 
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(WKUP_INT_GPIO_PIN);        /* 调用中断处理公用函数 清除KEY_UP所在中断线 的中断标志位，中断下半部在HAL_GPIO_EXTI_Callback执行 */
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(WKUP_INT_GPIO_PIN);        /* HAL库默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
}

/**
 * @brief       中断服务程序中需要做的事情
 *              在HAL库中所有的外部中断服务函数都会调用此函数
 * @param       GPIO_Pin:中断引脚号
 * @retval      无
 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    delay_ms(20);      /* 消抖 */
    switch(GPIO_Pin)
    {
        case KEY0_INT_GPIO_PIN:
            if (KEY0 == 0)
            {
                LED0_TOGGLE();  /* LED0 状态取反 */ 
            }
            break;

        case KEY1_INT_GPIO_PIN:
            if (KEY1 == 0)
            {
                LED1_TOGGLE();  /* LED1 状态取反 */ 
            }
            break;

        case KEY2_INT_GPIO_PIN:
            if (KEY2 == 0)
            {
                LED1_TOGGLE();  /* LED1 状态取反 */
                LED0_TOGGLE();  /* LED0 状态取反 */ 
            }
            break;

        case WKUP_INT_GPIO_PIN:
            if (WK_UP == 1)
            {
                BEEP_TOGGLE();  /* 蜂鸣器状态取反 */ 
            }
            break;

        default : break;
    }
}

/**
 * @brief       外部中断初始化程序
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void extix_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    
    key_init();
    gpio_init_struct.Pin = KEY0_INT_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;            /* 下降沿触发 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(KEY0_INT_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);    /* KEY0配置为下降沿触发中断 */

    gpio_init_struct.Pin = KEY1_INT_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;            /* 下降沿触发 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(KEY1_INT_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);    /* KEY1配置为下降沿触发中断 */
    
    gpio_init_struct.Pin = KEY2_INT_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;            /* 下降沿触发 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(KEY2_INT_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);    /* KEY2配置为下降沿触发中断 */
    
    gpio_init_struct.Pin = WKUP_INT_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;             /* 上升沿触发 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    HAL_GPIO_Init(WKUP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);        /* WKUP配置为上升沿触发中断 */

    HAL_NVIC_SetPriority(KEY0_INT_IRQn, 0, 2);               /* 抢占0，子优先级2 */
    HAL_NVIC_EnableIRQ(KEY0_INT_IRQn);                       /* 使能中断线4 */

    HAL_NVIC_SetPriority(KEY1_INT_IRQn, 1, 2);               /* 抢占1，子优先级2 */
    HAL_NVIC_EnableIRQ(KEY1_INT_IRQn);                       /* 使能中断线3 */
    
    HAL_NVIC_SetPriority(KEY2_INT_IRQn, 2, 2);               /* 抢占2，子优先级2 */
    HAL_NVIC_EnableIRQ(KEY2_INT_IRQn);                       /* 使能中断线2 */

    HAL_NVIC_SetPriority(WKUP_INT_IRQn, 3, 2);               /* 抢占3，子优先级2 */
    HAL_NVIC_EnableIRQ(WKUP_INT_IRQn);                       /* 使能中断线0 */

}

extix_init函数，先调用key_init将各按键IO的时钟打开，然后再将按键IO模式配置为中断模式，最后配置各中断优先级及使能。

中断触发流程：（以KEY0为例）

当KEY0变为低电平时，会执行EXTI4_IRQHandler，不过此函数在exit.h里面被重定义成KEY0_INT_IRQHandler。

/**
 * @brief       KEY0 外部中断服务程序
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void KEY0_INT_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY0_INT_GPIO_PIN);         /* 调用中断处理公用函数 清除KEY0所在中断线 的中断标志位 */
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(KEY0_INT_GPIO_PIN);         /* HAL库默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
}

在函数内先调用HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，这是HAL库内的公用处理函数，在其中会先进行一次中断标志位清除，然后调用回调函数（实际的处理函数）。
最后在KEY0_INT_IRQHandler再执行一次中断标志位清除，也就是说一次中断处理内总共执行了两次中断标志位清除，第一次是在HAL库的公用处理函数内，第二层是在自己编写的KEY0_INT_IRQHandler内，HAL库官方推荐这么写：在中断处理首末各执行一次清标志位，以防止误触发。

/**
  * @brief  This function handles EXTI interrupt request.
  * @param  GPIO_Pin Specifies the pins connected EXTI line
  * @retval None
  */
void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
{
  /* EXTI line interrupt detected */
  if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != RESET)
  {
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
    HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
  }
}

先清除中断标志位，这是第一次清中断，然后执行回调函数HAL_GPIO_EXTI_Callback，这个回调函数是HAL库内的虚函数，需要自己重写，具体如下，正式开始执行逻辑处理

/**
 * @brief       中断服务程序中需要做的事情
 *              在HAL库中所有的外部中断服务函数都会调用此函数
 * @param       GPIO_Pin:中断引脚号
 * @retval      无
 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    delay_ms(20);      /* 消抖 */
    switch(GPIO_Pin)
    {
        case KEY0_INT_GPIO_PIN:
            if (KEY0 == 0)
            {
                LED0_TOGGLE();  /* LED0 状态取反 */ 
            }
            break;

        case KEY1_INT_GPIO_PIN:
            if (KEY1 == 0)
            {
                LED1_TOGGLE();  /* LED1 状态取反 */ 
            }
            break;

        case KEY2_INT_GPIO_PIN:
            if (KEY2 == 0)
            {
                LED1_TOGGLE();  /* LED1 状态取反 */
                LED0_TOGGLE();  /* LED0 状态取反 */ 
            }
            break;

        case WKUP_INT_GPIO_PIN:
            if (WK_UP == 1)
            {
                BEEP_TOGGLE();  /* 蜂鸣器状态取反 */ 
            }
            break;

        default : break;
    }
}

在回调函数中先延时20毫秒以消抖，根据不同的触发引脚在switch中执行相应的操作。

执行完这个回调函数后，就回到了KEY0_INT_IRQHandler内，然后执行第二次清中断标志位，一次外部中断处理就完成了。

实际上外部中断处理并不复杂，硬件初始化后，程序就等待中断的到来，IO电平变低，中断寄存器中的标志位被置高，程序会立刻跳转到EXTI4_IRQHandler这个函数中，这个函数其实就是一个地址，其在启动文件内定义，是一个固定的地址，用户需要在自己的代码中重写这个函数，在里面加上业务处理函数，若最后加上一个清中断标志位的函数，那该中断可以被重复触发，反之则只能触发一次，这个函数被执行完后，程序又立即跳转到触发中断前执行的位置，这就是STM32的外部中断处理。
HAL库对EXTI4_IRQHandler这个函数进行多次封装，所以变得复杂
在这里插入图片描述

在STM32中，几乎每个引脚都可以被配置为外部中断，那么问题来了，我怎么哪个引脚会执行哪个中断处理函数？这需要去查询单片机的参考手册
在这里插入图片描述

原来STM32是依靠引脚位来分割中断处理函数的，在启动汇编文件里面也一一对应
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

当中断引脚为0~4时，就使用：
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
当中断引脚为5~9时，就使用：
EXTI9_5_IRQHandler
当中断引脚为10~15时，就使用：
EXTI15_10_IRQHandler

在HAL库中如何编写外部中断

  1. 初始化IO引脚，将其配置为中断上升沿触发或下降沿触发
  2. 使用HAL_NVIC_SetPriority配置中断优先级并使用HAL_NVIC_EnableIRQ使能其中断号
  3. 重写EXTIx_IRQHandler，在内部加上HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler和__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT
  4. 重写回调函数HAL_GPIO_EXTI_Callback，在内部编写具体业务处理代码

Linux中的外部中断+定时器实现按键大概处理思路

当按键按下，触发该按键对应的中断，在其中断处理函数内启动一个10ms的定时器中断，当10ms结束，定时器中断内再判断该按键电平是否按下，如按下，则将事件标志位置高，在正常程序内查询事件标志位以做出响应，如判断为 没按下，则说明可能是抖动电平，忽略此次中断触发。

中断会打断单片机当前执行的程序，因此不应在中断内过多耗费时间，使用中断来置各种标志位是常用的做法。

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