【STM32学习笔记】（13）——深入解析外部中断原理及应用

EXTI 简介

        EXTI（External interrupt/event controller）—外部中断/事件控制器，管理了控制器的 20 个中断/事件线。每个输入线可以独立地配置输入类型(脉冲 或挂起)和对应的触发事件(上升沿或下降沿或者双边沿都触发)。EXTI 可以实现对每个中断/事件线进行单独配置，可以单独配置为中断或者事件，以及触发事件的属性。每个输入线都可以独立地被屏 蔽。挂起寄存器保持着状态线的中断请求。

       EXTI控制器的主要特性如下：

        ● 每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽

        ● 每个中断线都有专用的状态位

        ● 支持多达20个软件的中断/事件请求

        ● 检测脉冲宽度低于APB2时钟宽度的外部信号。

EXTI 功能框图

        EXTI 的功能框图包含了 EXTI 最核心内容，掌握了功能框图，对 EXTI 就有一个整体的把握，在编程时思路就非常清晰。

        在图 EXTI 功能框图中可以看到很多在信号线上打一个斜杠并标注“20”字样（“/20”），这个表示在EXTI控制器内部类似的信号线路有 20 个，这与 EXTI 总共有 20 个中断/事件线时一样的。

 

 

        EXTI控制器的功能可分为两大部分，一个功能是产生中断，另一个功能是产生事件，这两个功能从硬件上就有所不同。

框图中不同的功能概述

        

 

产生中断线路

       红色虚线指示的电路流程就是一个产生中断的线路，最终产生的信号是流入到 NVIC 控制器内。

       编号 1 是输入线，STM32F103系列EXTI 控制器有 19 个中断/事件输入线，这些输入线可以通过寄存器设置为任意一个 GPIO，也可以是一些外设的事件，输入线一般是存在电平变化的信号。

       编号 2 是一个边沿检测电路，它会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) 对应位的设置来控制信号触发。边沿检测电路以输入线作为信号输入端，如果检测到有边沿跳变就输出有效信号 1 给编号 3 电路，否则输出无效信号 0。而 EXTI_RTSR 和EXTI_FTSR 两个寄存器可以控制器需要检测哪些类型的电平跳变过程，可以是只有上升沿触发、只有下降沿触发或者上升沿和下降沿都触发。

       编号 3 电路实际就是一个或门电路，它一个输入来自编号 2 电路，另外一个输入来自软件中断事件寄存器 (EXTI_SWIER)。EXTI_SWIER 允许我们通过程序控制就可以启动中断/事件线，这在某些地方非常有用。我们知道或门的作用就是有 “1“ 就为 ”1“，所以这两个输入随便一个是有效信号 ”1“就可以输出 ”1“ 给编号 4 和编号 6 电路。

        编号 4 电路是一个与门电路，它一个输入是编号 3 电路，另外一个输入来自中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)。与门电路要求输入都为 1 才输出 1，导致的结果是如果 EXTI_IMR 设置为 0 时，那不管编号 3 电路的输出信号是 1 还是 0，最终编号 4 电路输出的信号都为 0；如果 EXTI_IMR设置为 1 时，最终编号 4 电路输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决定，这样我们可以简单的控制 EXTI_IMR 来实现是否产生中断的目的。编号 4 电路输出的信号会被保存到挂起寄存器(EXTI_PR) 内，如果确定编号 4 电路输出为 1 就会把 EXTI_PR 对应位置 1。

        编号 5 是将 EXTI_PR 寄存器内容输出到 NVIC 内，从而实现系统中断事件控制。

产生事件的线路

        接下来我们来看看绿色虚线指示的电路流程。它是一个产生事件的线路，最终输出一个脉冲信号。产生事件线路是在编号 3 电路之后与中断线路有所不同，之前电路都是共用的。

        编号 6 电路是一个与门，它一个输入来自编号 3 电路，另外一个输入来自事件屏蔽寄存器 (EXTI_EMR)。如果EXTI_EMR 设置为 0 时，那不管编号 3 电路的输出信号是 1 还是 0，最终编号 6 电路输出的信号都为 0；如果 EXTI_EMR 设置为 1 时，最终编号 6 电路输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决定，这样我们可以简单的控制 EXTI_EMR 来实现是否产生事件的目的。

        编号 7 是一个脉冲发生器电路，当它的输入端，即编号 6 电路的输出端，是一个有效信号 1 时就会产生一个脉冲；如果输入端是无效信号就不会输出脉冲。

        编号 8 是一个脉冲信号，就是产生事件的线路最终的产物，这个脉冲信号可以给其他外设电路使用，比如定时器 TIM、模拟数字转换器 ADC 等等，这样的脉冲信号一般用来触发 TIM 或者 ADC开始转换。

        产生中断线路目的是把输入信号输入到 NVIC，进一步会运行中断服务函数，实现功能，这样是软件级的。而产生事件线路目的就是传输一个脉冲信号给其他外设使用，并且是电路级别的信号传输，属于硬件级的。

EXTI功能框图总结：

       如果需要产生中断，必须先配置好并使能中断线。根据需要的边沿检测设置2个触发寄存器，同时在中断屏蔽寄存器的相应位写’1’允许中断请求。当外部中断线上发生了需要触发的边沿时，将产生一个中断请求，对应的挂起位也随之被置’1’。在挂起寄存器的对应位写’1’，将清除该中断请求。通过在软件中断寄存器写’1’，也可以通过软件产生中断请求。

        如果需要产生事件，必须先配置好并使能事件线。根据需要的边沿检测设置2个触发寄存器，同时在事件屏蔽寄存器的相应位写’1’允许事件请求。当事件线上发生了需要触发的边沿时，将产生一个事件请求脉冲，对应的挂起位不被置’1’。通过在软件事件寄存器写’1’，也可以通过软件产生事件请求。

硬件中断选择

        通过下面的过程来配置20个线路做为中断源：

        ● 配置20个中断线的屏蔽位(EXTI_IMR)

        ● 配置所选中断线的触发选择位(EXTI_RTSR和EXTI_FTSR)；

        ● 配置对应到外部中断控制器(EXTI)的NVIC中断通道的使能和屏蔽位，使得20个中断线中的请求可以被正确地响应。

硬件事件选择

        通过下面的过程，可以配置20个线路为事件源

        ● 配置20个事件线的屏蔽位(EXTI_EMR)

        ● 配置事件线的触发选择位(EXTI_RTSR和EXTI_FTSR)

软件中断/事件的选择

        20个线路可以被配置成软件中断/事件线。下面是产生软件中断的过程：

        ● 配置20个中断/事件线屏蔽位(EXTI_IMR, EXTI_EMR)

        ● 设置软件中断寄存器的请求位(EXTI_SWIER)

外部中断/事件线路映像

 

 

         EXTI0 至 EXTI15 用于 GPIO，通过编程控制可以实现任意一个 GPIO 作为 EXTI 的输入源。

        另外四个EXTI线的连接方式如下：

        ● EXTI线16连接到PVD输出

        ● EXTI线17连接到RTC闹钟事件

        ● EXTI线18连接到USB唤醒事件

        ● EXTI线19连接到以太网唤醒事件(只适用于互联型产品)

        通过AFIO_EXTICRx配置GPIO线上的外部中断/事件，必须先使能AFIO时钟。

EXTI 寄存器描述

 

 

 

 外部中断/事件寄存器映像

 

 

EXTI 初始化结构体详解

        标准库函数对每个外设都建立了一个初始化结构体，比如 EXTI_InitTypeDef，结构体成员用于设置外设工作参数，并由外设初始化配置函数，比如 EXTI_Init() 调用，这些设定参数将会设置外设相应的寄存器，达到配置外设工作环境的目的。

        初始化结构体定义在 stm32f4xx_exti.h 文件中，初始化库函数定义在 stm32f4xx_exti.c 文件中。

/**@brief  EXTI 初始化结构体定义  */

typedef struct
{
  uint32_t EXTI_Line;               	 /*!< 中断/事件线  */
  EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode;            /*!< EXTI 模式 */
  EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; 	 /*!< 触发类型f */
  FunctionalState EXTI_LineCmd;          /*!< EXTI 使能 */ 
}EXTI_InitTypeDef;

结构体每个成员参数：

        1) EXTI_Line：EXTI 中断/事件线选择。

                可选 EXTI0 至 EXTI19。

        2) EXTI_Mode：EXTI 模式选择。

                可选为产生中断 (EXTI_Mode_Interrupt) 或者产生事件(EXTI_Mode_Event)。

        3) EXTI_Trigger：EXTI 边沿触发事件。

                可选上升沿触发 (EXTI_Trigger_Rising)、下降沿触发 (EXTI_Trigger_Falling) 或者上升沿和下降沿都触发 ( EXTI_Trigger_Rising_Falling)。

        4) EXTI_LineCmd：控制是否使能 EXTI 线。

                 可选使能 EXTI 线 (ENABLE) 或禁用 (DISABLE)。

固件库函数及编程步骤

       在库函数中，配置 GPIO 与中断线的映射关系的函数 GPIO_EXTILineConfig()来实现的：

void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);

         该函数将 GPIO 端口与中断线映射起来，使用范例是：

GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource2);

        将中断线 2 与 GPIOE 映射起来。设置好中断线映射之后，接下来我们就要设置该中断线上中断的初始化参数了。

        中断线上中断的初始化是通过函数 EXTI_Init()实现的。EXTI_Init()函数的定义是：

void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);

EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line4;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根据 EXTI_InitStruct 中指定的
//参数初始化外设 EXTI 寄存器

        上面的例子实现的功能是设置中断线 4 上的中断为下降沿触发。

        我们设置好中断线和 GPIO 映射关系，然后又设置好了中断的触发模式等初始化参数。既然是外部中断，涉及到中断我们当然还要设置 NVIC 中断优先级。设置NVIC中断优先级的知识已经在上一篇文章详细的介绍了，不太了解的可以先去看看上一篇文章。

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQn; //使能按键外部中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02; //抢占优先级 2，
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02; //子优先级 2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //中断优先级分组初始化

        我们配置完中断优先级之后，接着我们要做的就是编写中断服务函数。中断服务函数的名 字是在 MDK 中事先有定义的。这里需要说明一下，STM32 的 IO 口外部中断函数只有 6 个，分别为：

EXPORT EXTI0_IRQHandler 
EXPORT EXTI1_IRQHandler 
EXPORT EXTI2_IRQHandler 
EXPORT EXTI3_IRQHandler 
EXPORT EXTI4_IRQHandler 
EXPORT EXTI9_5_IRQHandler 
EXPORT EXTI15_10_IRQHandler

       中断线 0-4 每个中断线对应一个中断函数，中断线 5-9 共用中断函数 EXTI9_5_IRQHandler，中断线 10-15 共用中断函数 EXTI15_10_IRQHandler。在编写中断服务函数的时候会经常使用到两个函数，第一个函数是判断某个中断线上的中断是否发生（标志位是否置位）：

ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line)；

        这个函数一般使用在中断服务函数的开头判断中断是否发生。另一个函数是清除某个中断线上的中断标志位：

void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line)；

        这个函数一般应用在中断服务函数结束之前，清除中断标志位。

        常用的中断服务函数格式为：

void EXTI3_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3)!=RESET)//判断某个线上的中断是否发生 
    {
        中断逻辑…
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); //清除 LINE 上的中断标志位 
    }
} 

        使用 IO 口外部中断的一般步骤：

        1）初始化 IO 口为输入。

        2）开启 AFIO 时钟

        3）设置 IO 口与中断线的映射关系。

        4）初始化线上中断，设置触发条件等。

        5）配置中断分组（NVIC），并使能中断。

        6）编写中断服务函数。

外部中断实验

    硬件设计

       本实验用到的硬件资源有：

        1） 指示灯 DS0、DS1

        2） 蜂鸣器

        3） 3 个按键：KEY0、KEY1 和 KEY_UP。

        DS0、DS1 以及蜂鸣器和 STM32F1 的连接在之前的博文都已经分别介绍了，在精英 STM32F103 上的按键 KEY0 连接在 PE4 上、KEY1 连接在 PE3 上、KEY_UP 连接在 PA0 上。如图所示：

 

 

        这里需要注意的是：KEY0 和 KEY1 是低电平有效的，而 KEY_UP 是高电平有效的，并且外部都没有上下拉电阻，所以，需要在 STM32F1 内部设置上下拉。

软件设计

       在工程文件目录下面新建两个文件夹分别为：exti.c和exti.h。并在把源文件添加到工程，和添加头文件的路径。

       exit.c 文件将要编写4 个函数。

        一个是外部中断初始化函数：

void EXTIX_Init(void);

        三个都是中断服务函数：

void EXTI0_IRQHandler(void);//是外部中断 0 的服务函数，负责 WK_UP 按键的中断检测；
void EXTI3_IRQHandler(void);//是外部中断 3 的服务函数，负责 KEY1 按键的中断检测；
void EXTI4_IRQHandler(void);//是外部中断 4 的服务函数，负责 KEY0 按键的中断检测； 

exit.c中的代码：

#include "exti.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "beep.h"

  
//外部中断初始化函数
void EXTIX_Init(void)
{
 
   	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
 	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    KEY_Init();	 //	按键端口初始化

  	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);	//使能复用功能时钟



   //GPIOE.3	  中断线以及中断初始化配置 下降沿触发 //KEY1
  	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource3);
  	EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line3;
  	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;	
  	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
  	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);	  	//根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器

   //GPIOE.4	  中断线以及中断初始化配置  下降沿触发	//KEY0
  	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource4);
  	EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line4;
  	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);	  	//根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器


   //GPIOA.0	  中断线以及中断初始化配置 上升沿触发 PA0  WK_UP
 	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource0); 

  	EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0;
  	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
  	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);		//根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器


  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;			//使能按键WK_UP所在的外部中断通道
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;	//抢占优先级2， 
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x03;					//子优先级3
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;								//使能外部中断通道
  	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 

  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI3_IRQn;			//使能按键KEY1所在的外部中断通道
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;	//抢占优先级2 
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;					//子优先级1 
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;								//使能外部中断通道
  	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  	  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器

  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI4_IRQn;			//使能按键KEY0所在的外部中断通道
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;	//抢占优先级2 
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x00;					//子优先级0 
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;								//使能外部中断通道
  	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  	  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
 
}

//外部中断0服务程序 
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
	delay_ms(10);//消抖
	if(WK_UP==1)	 	 //WK_UP按键
	{				 
		BEEP=!BEEP;	
	}
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); //清除LINE0上的中断标志位  
}
 

//外部中断3服务程序
void EXTI3_IRQHandler(void)
{
	delay_ms(10);//消抖
	if(KEY1==0)	 //按键KEY1
	{				 
		LED1=!LED1;
	}		 
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);  //清除LINE3上的中断标志位  
}

//外部中断4服务程序
void EXTI4_IRQHandler(void)
{
	delay_ms(10);//消抖
	if(KEY0==0)	 //按键KEY0
	{
		LED0=!LED0;
		LED1=!LED1; 
	}		 
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line4);  //清除LINE4上的中断标志位  
}

exit.h中的代码：

#ifndef __EXTI_H
#define __EXIT_H	 
#include "sys.h"
	 
void EXTIX_Init(void);//外部中断初始化	
	 					    
#endif


main.c中的代码
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "exti.h"
#include "beep.h"
	
 int main(void)
 {		
 
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 //串口初始化为115200
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口 
	BEEP_Init();		 	//初始化蜂鸣器IO
	EXTIX_Init();         	//初始化外部中断输入 
	LED0=0;					//先点亮红灯
	while(1)
	{	    
		printf("OK\r\n");	
		delay_ms(1000);	  
	}	 
}

实验现象：

       当WK_UP 按下时，蜂鸣器的状态反转（即响变为不响，不响变成响）；

       当KEY_0按下时， LED1的状态反转（即亮变成不亮，不亮变成亮）；

       当KEY_0按下时，LED0和LED1的状态同时反转（即亮变成不亮，不亮变成亮）；