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【STM32】中断系统 —— 外部中断

使用的单片机机型为STM32F103C8T6

文章目录

  • 中断
  • NVIC 嵌套中断控制
  • EXTI 外部中断
  • 编程示例
  • 对射红外传感器单中断
  • 多中断旋转编码器调数

    • 中断

    中断是为使CPU具有对外界紧急事件的实时处理能力而设置的
    当CPU正在处理某件事时，外界发生了紧急事件请求，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件，处理完后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这个过程被称为中断

    中断程序流程

    左侧图：在主程序执行期间，发现有中断请求到来，会先打个断点，然后进行中断响应，执行中断处理程序，完成后返回断点，继续执行主程序
    右侧图：以程序地址空间的形式展示处理中断的过程，发生中断时，会跳转到中断处理程序的地址空间，执行完再跳转回主程序的地址空间

    STM32有68个可屏蔽中断通道，包含 EXTI、SPI、I2C、RTC等多个外设

    NVIC 嵌套中断控制

    中断优先级
    当有多个中断源同时申请中断时，CPU会根据中断源的轻重缓急进行裁决，优先响应更加紧急的中断源。通过不同设置不同中断优先级，就可以实现中断嵌套

    中断嵌套
    当一个中断程序正在运行时，又有新的更高优先级的中断源申请中断，CPU再次暂停当前中断程序，转而去处理新的中断程序，处理完成后依次进行返回

    NVIC(嵌套中断控制系统)

    STM32 使用 NVIC 统一管理中断，每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，可对优先级进行分组，进一步设置抢占优先级和响应优先级

    NVIC 的中断优先级由优先级寄存器的4位(0~15)决定，这4位可以进行切分，分为高 n 位的抢占优先级和低 4 – n 位的响应优先级

    抢占优先级高的可以中断嵌套，响应优先级高的可以优先排队，两个优先级均相同的按中断号排队
    优先级值越低，优先级越高，如 1 比 2 优先级高

    EXTI 外部中断

    EXTI (EXtern Interrupt) 外部中断

    EXTI 可以监测指定 GPIO口的电平信号，当其指定的 GPIO 口产生电平变化时，EXTI 将立即向 NVIC 发出中断申请，经过
    NVIC 裁决后即可中断 CPU 主程序，使 CPU 执行 EXTI 对应的中断处理函数

    因为监测GPIO口，所以可以设置不同的触发方式
    支持的触发方式：上升沿、下降沿、双边沿、软件触发

  • 支持的 GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断，即GPIOA_Pin_9 和 GPIOB_Pin_9 不能同时触发
  • 通道数：16个GPIO_Pin，外加PVD输出，RTC闹钟，USB唤醒，以太网唤醒
  • 触发响应方式：中断响应、事件响应

    • EXTI基本结构

    AFIO 主要用于复用功能引脚重映射，中断引脚选择

    从图中看出，AFIO 左侧接各个GPIO，每个 GPIO 的某一引脚，对应右侧通向 EXTI 的引脚。比如GPIOA_Pin_1 和 GPIOB_Pin_1 都对应 1号引脚。

    所以相同的 GPIO_Pin不能同时触发中断

    EXTI框图

    外设接口为 AFIO 选择后的引脚，通过配置中断触发方式，将外设接口的中断放入配置的寄存器
    再通过边沿检测电路，可以选择向上到请求挂起寄存器，此路为中断响应，下路为事件响应

    综上，外部中断流程如下：

    首先，GPIO 引脚变化，通过 AFIO 引脚选择通向 EXTI 边沿检测，再通过中断通道至 NVIC 中断控制器发出中断

    编程示例

    对射红外传感器单中断

    对射红外传感器
    DO为数据输出，当中间被遮挡时，DO输出低电平，反之输出高电平
    AO为模拟输入，用于DAC

  • 程序目标：实现对射红外传感器计次，每遮挡一次，计数加一

  • 程序原理：将传感器的DO接在某个GPIO，并配置外部中断，当该引脚为低电平时，产生中断，在中断处理函数中计数加一

  • 接线图如下：OLED用于调试

    • 初始化中断

    对于外部中断，初始化参看下图

    需要配置的部分包括：GPIO、AFIO、EXTI、NVIC。其中GPIO 和 AFIO 为外设，还需要开启时钟

    配置GPIO

    将 DO 接在 B14引脚，所以需要配置 GPIOB。因为对射红外传感器默认输出高电平，所以GPIO引脚配置为上拉输入，也默认为高电平

    //初始化GPIO
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;				//上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;					//B14
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    配置AFIO
    进行引脚选择，将 GPIOB 的 B14 映射到14号引脚

    //初始化AFIO	函数定义在gpio.h
//将指定GPIO的指定引脚映射为中断引脚
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);		//开启时钟，外部中断必须开启AFIO时钟
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);

    配置EXTI

    因为遮挡时输出低电平，电平由高转为低，我们可以采用下降沿触发

    //初始化EXTI	函数定义在exti.h
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;				//中断引脚	
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;				//使能开关	
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;		//中断触发
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;	//下降沿触发
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

    配置NVIC

    NVIC 为配置中断优先级

    //中断优先级分组	函数定义在misc.h
//抢占分组2，响应分组2
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

//初始化NVIC	函数定义在misc.h
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;		//IRQ通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//使能开关
//因为中断优先级分组为2，即各自2位，表示范围0~3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//抢占优先级1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//响应优先级1
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    至此，外部中断初始化完成，完整代码如下：

    /**
  * @brief		初始化对射红外计数传感器，注意GPIO和AFIO的时钟开启
  * @parm		无
  * @retval		无
  */
void CounterSonsor_Init(void)
{
	//初始化GPIO
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启时钟
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;				//上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;					//B14
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	//初始化AFIO	函数定义在gpio.h
	//将指定GPIO的指定引脚映射为中断引脚
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);		//开启时钟，外部中断必须开启AFIO时钟
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
	
	//初始化EXTI	函数定义在exti.h
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;				//中断引脚	
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;				//使能开关	
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;		//中断触发
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;	//下降沿触发
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
	
	//中断优先级分组	函数定义在misc.h
	//抢占分组2，响应分组2
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	//初始化NVIC	函数定义在misc.h
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;		//IRQ通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//使能开关
	//因为中断优先级分组为2，即各自2位，表示范围0~3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//抢占优先级1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//响应优先级1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

    中断处理函数的声明在 startup_stm32f10x_md.s 中

    STM32 将 EXTI10 ~ 15 的中断处理都集中在该处理函数中
    所以在函数中还需要具体判断是否是目标中断到来

    代码如下：

    uint16_t Count;

//中断处理函数		定义在startup启动文件
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	//10~15中断都触发该函数，需要判断一下
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET)//SET == 1
	{
		/*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)
			Count++;
		//还需要清除中断标志位
		EXTI_ClearFlag(EXTI_Line14);
	}
}

    完整项目链接：【STM32】对射式红外传感器中断

    多中断旋转编码器调数

    旋转编码器

    用于测量位置、速度或旋转方向的装置，当其旋转轴旋转时，其输出端可以输出与旋转速度和方向对应的方波信号，读取方波信号的频率和相位信息即可得知旋转轴的速度和方向


    硬件电路


    A 和 B 端分别用于发出方波信号，可通过方波信号辨别正转和反转。此处的正转为顺时针转动

    通过在一侧上下沿时，检测另一侧的电平来判断正反转

  • 程序目标：实现旋转编码器调数，顺时针旋转加数，逆时针旋转减数
  • 程序原理：将旋转编码器的 A 和 B 引脚接在 GPIO，通过外部中断检测上下沿，在中断处理函数操作计数
  • 接线图如下：

    • 配置中断

    void Encoder_Init(void)
{
	//初始化GPIO
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启时钟
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;				//上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;		//B0 & B1
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	//初始化AFIO	函数定义在gpio.h
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);		//开启时钟，外部中断必须开启AFIO时钟
	//将指定GPIO的指定引脚映射为中断引脚
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);
	
	//初始化EXTI	函数定义在exti.h
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;				//中断引脚	
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;				//使能开关	
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;		//中断触发
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;	//下降沿触发
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
	
	//中断优先级分组	函数定义在misc.h
	//抢占分组2，响应分组2
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	//初始化NVIC	函数定义在misc.h
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;		//IRQ通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//使能开关
	//因为中断优先级分组为2，即各自2位，表示范围0~3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//抢占优先级1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//响应优先级1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;		//IRQ通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//使能开关
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//抢占优先级1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;			//响应优先级2
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

    配置了 0 和 1 中断通道。

    判断逻辑：A下降沿时，检测B高电平为正转；B下降沿时，检测A高电平为反转
    相应中断处理函数如下：

    //中断处理函数		定义在startup...h启动文件
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET)
	{
		//正转
		if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 1)
			Increment++;
		EXTI_ClearFlag(EXTI_Line0);
	}
}

//中断处理函数		定义在startup...h启动文件
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET)
	{
		//正转
		if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 1)
			Increment--;
		EXTI_ClearFlag(EXTI_Line1);
	}
}

    完整程序链接：【STM32】旋转编码器调数

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    作者：好想有猫猫

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