零死角玩转stm32初级篇6-中断

本篇博文目录:

- - 一.中断相关概念知识
  - - 1.STM32 的中断和异常
    - 2.NVIC 中断控制器
    - 3.NVIC 结构体成员
    - 4.抢占优先级和响应优先级
    - 5.NVIC 的优先级组
    - 6.EXTI 外部中断
    - 7.中断服务函数
  - 二.按键点灯的二种实现方式
  - - 1.按键和LED的原理图以及各种输入模式(浮空输入,上拉输入,下拉输入和模拟输入)
    - 2.软件轮询方式
    - 3.中断方式
  - 三.源码下载

一.中断相关概念知识

1.STM32 的中断和异常

Cortex 内核具有强大的异常响应系统，它把能够打断当前代码执行流程的事件分为异常(exception) 和中断(interrupt) ，并把它们用一个表管理起来，编号为 0~15 的称为内核异常，而 16 以上的则称为外部中断（这里的外，相对内核而言），这个表就称为中断向量表。而 STM32 对这个表重新进行了编排，把编号从-3 至 6 的中断向量定义为系统异常，编号为负的内核异常不能被设置优先级，如复位(Reset)、不可屏蔽中断 (NMI)、硬错误(Hardfault)。从编号 7 开始的为外部中断，这些中断的优先级都是可以自行设置的。根据编程手册STM32F10xxx产品(小容量、中容量和大容量)的向量表如下图所示。( 中断:暂停当前任务转而去执行中断任务,当中断任务执行完后再来处理暂停任务;中断触发后，CPU就会停下来去执行中断任务，所以中断任务的处理时间一般非常快，对于一些耗时任务不要交给中断进行处理,中断任务中也尽量不要使用延时函数 )

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2.NVIC 中断控制器

STM32 的中断如此之多，配置起来并不容易，因此，我们需要一个强大而方便的中断控制器 NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller)。NVIC 是属于Cortex 内核的器件，不可屏蔽中断 (NMI)和外部中断都由它来处理，而SYSTICK 不是由 NVIC 来控制的。

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3.NVIC 结构体成员

当我们要使用 NVIC 来配置中断时，自然想到 ST 库肯定也已经把它封装成库函数了。查找库帮助文档，发现在 Modules->STM32F10x_StdPeriph_Driver->misc 查找到一个 NVIC_Init() 函数，对 NVIC 进行初始化，首先要定义并填充一个NVIC_InitTypeDef 类型的结构体。

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这个结构体的成员参数的描述如下表,成员参数的第一个参数为选择指定的中断向量，第二个参数为中断使能,这里的使能指的是总开关使能，只要当总开关使能，中断才有效;第三个参数和第四个参数都是中断的优先级，中断可能出现嵌套的情况如果二个中断同时响应，那应该执行哪一个呢?这个时候就由优先级来决定。

成员参数	描述
NVIC_IRQChannel	需要配置的中断向量
NVIC_IRQChannelCmd	使能或关闭相应中断向量的中断响应
NVIC_IRQChannelPreemptionPriority	配置相应中断向量抢占优先级
NVIC_IRQChannelSubPriority	配置相应中断向量的响应优先级

4.抢占优先级和响应优先级

STM32 的中断向量具有两个属性，一个为抢占属性，另一个为响应属性，其属性编号越小，表明它的优先级别越高 ( 编号越小优先级越高 )。

抢占优先级
抢占，是指打断其它中断的属性，即因为具有这个属性，会出现嵌套中断(在执行中断服务函数 A 的过程中被中断 B 打断，执行完中断服务函数 B 再继续执行中断服务函数 A)，抢占属性由 NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 的参数配置。
响应优先级
响应属性则应用在抢占属性相同的情况下，当两个中断向量的抢占优先级相同时，如果两个中断同时到达，则先处理响应优先级高的中断，响应属性由 NVIC_IRQChannelSubPriority 的参数配置。

例如，如下图所示,有三个中断向量：若内核正在执行 C 的中断服务函数，则它能被抢占优先级更高的中断A打断，由于B和C的抢占优先级相同，所以 C 不能被 B 打断。但如果 B 和C中断是同时到达的，内核就会首先响应响应优先级别更高的B中断。

中断向量	抢占优先级	响应优先级
A	0	0
B	1	0
C	1	1

5.NVIC 的优先级组

在配置优先级的时候，还要注意一个很重要的问题，中断种类的数量。NVIC只可以配置16 种中断向量的优先级，也就是说，抢占优先级和响应优先级的数量由一个4位的数字来决定，把这个 4 位数字的位数分配成抢占优先级部分和响应优先级部分。有 5 组分配方式 ( 优先级的顺序是抢占优先级(主)>响应优先级(子)>硬件中断编号,当有一个相同时，依次比较下一个 )：

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6.EXTI 外部中断

STM32 的所有 GPIO 都引入到 EXTI 外部中断线上，使得所有的 GPIO 都能作为外部中断的输入源。

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观察上图可知， PA0~PG0 连接到 EXTI0 、 PA1~ PG1 连接到EXTI1 、 ……、 PA15~PG15 连接到 EXTI15 ( 通过这种方式就可以实现16种中断优先级控制所有GPIO引脚 )。这样的话 PAx~PGx端口的中断事件都连接到了 EXTIx ，即同一时刻 EXTx 只能响应一个端口的事件触发，不能够同一时间响应所有 GPIO 端口的事件，但可以分时复用。它可以配置为上升沿触发，下降沿触发或双边沿触发。EXTI 最普通的应用就是接上一个按键，设置为下降沿触发，用中断来检测按键。

7.中断服务函数

中断服务函数就是当中断触发后执行任务的函数;在stm32f10x_it.c 文件是专门用来存放中断服务函数的。文件中默认只有几个关于系统异常的中断服务函数，而且都是空函数，在需要的时候自已进行编写。那么中断服务函数名是不是可以自己定义呢？不可以。中断服务函数的名字必须要跟启动文件 startup_stm32f10x_md.s 中的中断向量表定义一致。如下图所示。

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对于多个中断共用一个函数，怎么知道是哪一个引起的呢，可以通过调用库函数 EXTI_GetITStatus() 来重新检查是否产生了 EXTI_Line 中断,比如EXTI_GetITStatus(EXTI_Line9)!=RESET 然后通过GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_9)来读取引脚的电平情况，为低电平时说明是EXTI_Line9引起的中断。

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中断任务执行完毕后需要将中断标志清除后再退出中断服务函数，可以使用EXTI_ClearITPendingBit() 清除中断标置位。比如 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line9); 清除EXTI_Line8的中断标志。

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二.按键点灯的二种实现方式

1.按键和LED的原理图以及各种输入模式(浮空输入,上拉输入,下拉输入和模拟输入)

按键原理图(这里选择sw1按钮)

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led灯原理图

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浮空输入,上拉输入,下拉输入和模拟输入

在STM32中，模拟输入指的是模拟到数字转换器（ADC）的输入。这些输入通常来自于外部传感器、电位器等模拟信号源，并且需要将它们转换为数字信号以便于微控制器进行处理。（图片来源于:https://blog.csdn.net/scarecrow_sun/article/details/120287852）

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上拉,GPIO的输入线（IN）通过一个上拉电阻连接到VCC(上拉电阻开关闭合,下拉电阻开关断开)，当没有外部信号连接时，输入线会被拉高到高电平（VCC）状态,当引脚输入高电平时，读取到的也是高电平(但是无法区分是上拉电阻连接的VCC还是引脚的高电平 ),当引脚输入低电平时，读取到的是低电平，此时就能够明确知道是输入的低电平。

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同样，下拉输入使用的电路也是类似的(上拉电阻开关断开,下拉电阻开关闭合)，只不过电阻连接到地(GND),当IO口不输入时，读取到的就是低电平，当引脚输入低电平时，读取到的也是低电平，但是此时是无法知道是下拉电阻GND的低电平还是引脚输入的低电平；但是当输入的是高电平时，就能够明显读取到高电平，说明引脚输入了高电平。

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浮空输入，和上面二种不同的是上拉电阻开关和下拉电阻开关都断开，此时读取的引脚电平漂浮不定，电平会处于一个跳变的状态，一会高，一会低。只有输入了一个高/低电平才会确定下来( 采用浮空输入表名输出情况有外部来决定 )。

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在STM32中，可以通过使用内部上拉/下拉电阻或外部上拉/下拉电阻来实现上拉/下拉输入,由于我的原理图设计并没有设计外部的上拉和下拉，所以这里需要采用内部上拉，因为如果采用内部下拉的话，低电平是无法识别的，所以应该采用内部的上拉电阻(内部的上拉都是弱上拉，不是很稳定，所以在设计的时候尽量采用外部的上拉或下拉，并且可以在按键上并联一个电容，这样可以实现消抖的作用)。如果采用外部上拉的话在外部接一个上拉电阻即可，如下图所示。

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2.软件轮询方式

软件方式就是通过获取用户按键的电平信息，来判断用户是否按下，由于按钮采用上拉方式，当按键没有按下时是输入的是高电平，当按下时，输入的是低电平；通过这种方式就可以获取用户按键的开和关；需要注意的是当按键按下时会有10ms的跳变电平，所以需要进行消抖处理，消抖处理有二种方式，硬件方式和软件方式；软件方式就是通过软件代码实现10ms的休眠;。

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key.h

#ifndef __key_h
#define __key_h
#include "stm32f10x.h"


#define KEY_G_GPIO_PIN    GPIO_Pin_9
#define KEY_G_GPIO_PORT	 GPIOB
#define KEY_G_GPIO_CLK  RCC_APB2Periph_GPIOB
#define KEY_ON   1
#define KEY_OFF 0

void keyInit(void);
uint8_t keyScan(GPIO_TypeDef *,uint16_t);
#endif /* __key_h */

key.c

#include "key.h"
#include "stm32f10x.h"



// 初始化按钮
void keyInit(void){
	// PB上的时钟使能
	RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY_G_GPIO_CLK,ENABLE);
	// 初始化GPIO
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY_G_GPIO_PIN; 
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;// 上拉输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(KEY_G_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);// 初始化GPIO
}


// 按键扫描
uint8_t keyScan(GPIO_TypeDef *  GPIOx,uint16_t  GPIO_Pin){
		// 如果没有并联电容的话，可以考虑进行消抖,消抖时长10ms
		// 获取引脚的值
	  if(GPIO_ReadInputDataBit( GPIOx,GPIO_Pin)  == KEY_ON){
			// 松手检测
			while(GPIO_ReadInputDataBit( GPIOx,GPIO_Pin)== KEY_ON);
			return KEY_ON;
		}else{
			return KEY_OFF;
		}
}


// 配置中断优先级
static void EXTI_NVIC_Config(){
	NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStruct;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel =EXTI15_10_IRQn;// IRQn通道使能,在stm32f10x.h中可以查找到
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1;// 设置抢占优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority= 1;// 设置响应优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd= ENABLE;// 使能
	
	// 设置优先级的分组
	NVIC_PriorityGroupConfig(3);//3位抢占优先级,1位响应优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);// 初始化NVIC
}

led.h

#ifndef __led_h
#define __led_h
#define LED_G_GPIO_PIN    GPIO_Pin_10
#define LED_G_GPIO_PORT	 GPIOB
#define LED_G_GPIO_CLK  RCC_APB2Periph_GPIOB
#define LED_ON 1
#define LED_OFF 0
#define LED_G(state) if(state) GPIO_ResetBits(LED_G_GPIO_PORT,LED_G_GPIO_PIN); else GPIO_SetBits(LED_G_GPIO_PORT,LED_G_GPIO_PIN);

void ledInit(void);
void ledOnOrOff(int state);
void ledToggle(void);
#endif /* __led_h */

led.c

#include "led.h"
#include "stm32f10x.h"


// 初始化LED
void ledInit(){
	// PB上的时钟使能
	RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_G_GPIO_CLK,ENABLE);
	// 初始化GPIO
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_G_GPIO_PIN;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(LED_G_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);// 初始化GPIO
}

// 控制LED的开关
void ledOnOrOff(int state){
	// 打开LED
	if(state == LED_ON){
		// 置低电平
		GPIO_ResetBits(LED_G_GPIO_PORT,LED_G_GPIO_PIN);
	}else if(state == LED_OFF){
		// 置高电平
		GPIO_SetBits(LED_G_GPIO_PORT,LED_G_GPIO_PIN);
	}
}

// 状态反转
void ledToggle(){
	// 通过odr寄存器
	LED_G_GPIO_PORT->ODR ^=LED_G_GPIO_PIN;//  ODR:0000 LED_G_GPIO_PIN:0x0400   (主要看第二位)进行异或后:0000与0100异或结果为0100;ODR=0100 再次与LED_G_GPIO_PIN(0100)异或，异或后0000；依次循环实现状态反转
}

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "key.h"
#include "led.h"



int main(void){
	// 【1】通过按键轮询的方式点亮LED
	// 初始化Led和key
	keyInit();
	ledInit();
	while(1){
		if(keyScan(KEY_G_GPIO_PORT,KEY_G_GPIO_PIN) == KEY_ON){//判断用户是否按下
			// led的状态反转
			ledToggle();
		}
	}
}

3.中断方式

采用中断方式需要采用如下几步:

在这里插入图片描述

中断的初始化需要先初始化中断输入线，然后初始化NVIC中断控制器

在这里插入图片描述

使用中断也需要开启中断的时钟,时钟必须采用AFIO 。AFIO (alternate-function I/O)指 GPIO 端口的复用功能，GPIO 除了用作普通的输入输出( 主功能 )，还可以作为片上外设的复用输入输出，如串口，ADC，这些就是复用功能。大多数 GPIO 都有一个默认复用功能，有的 GPIO 还有重映射功能，重映射功能是指把原来属于 A 引脚的默认复用功能，转移到了B 引脚进行使用，前提是 B 引脚具有这个重映射功能当把 GPIO 用作 EXTI 外部中断或使用重映射功能的时候，必须开启 AFIO时钟，而在使用默认复用功能的时候，就不必开启 AFIO 时钟了。

在这里插入图片描述

key.c

// 配置中断优先级
static void EXTI_NVIC_Config(){
	NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStruct;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel =EXTI9_5_IRQn;// IRQn通道使能,在stm32f10x.h中可以查找到
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1;// 设置抢占优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority= 1;// 设置响应优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd= ENABLE;// 使能
	
	// 设置优先级的分组
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_3);//3位抢占优先级,1位响应优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);// 初始化NVIC
}



// 中断方式初始化KEY
void keyByExti(){

// 临时变量	
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
	EXTI_InitTypeDef   EXTI_InitStruct;
	// 配置中断优先级
	EXTI_NVIC_Config();
	
	// 初始化GPIO
	RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY_G_GPIO_CLK,ENABLE);// 开启时钟
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY_G_GPIO_PIN; 
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;// 上拉输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(KEY_G_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);// 初始化GPIO
	
	
	// 初始化EXTI
	//开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);// EXTI在APB2上,开启的是AFIO时钟
	GPIO_EXTILineConfig( GPIO_PortSourceGPIOB,  GPIO_PinSource9); // 开启PB9的时钟线
	
	// 中断初始化
	EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line9;// 中断线
	EXTI_InitStruct.EXTI_Mode =EXTI_Mode_Interrupt;// 中断模式
	EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;// 触发方式:下降沿(高->低)
	EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;// 打开中断开关
	EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
}