代码收藏家技术教程 2023-03-17

STM32F103 UART中断服务函数：实现中断处理

在程序中，CPU对外界突发事件进行处理的方式又两种：

1》轮询系统：（在main中，使用while循环，进行循环判断外界事物是否发生）
       while（1）{

       }

2》前后台系统：（此时main中的while中的程序是在处理其它事务，当中断来到时，就处理中断服务函数）
轮询系统+中断

中断的过程：

在主程序执行的过程中，中断突然发生，此时主程序停止往下执行，并将CPU的当前状态保持在内核栈中（即：现场保护）。然后跳转到中断服务函数的入口，并执行中断服务函数，当中断服务函数执行完后，再将之前保存在内核栈中的状态全部进行出栈，将状态恢复到发生中断之前（即：现场恢复），此时对于CPU来说，就好像从来没有发生过中断一样。

中断管理器——异常处理器NVIC

我们可以在这里寻找到，NVIC的中断优先级分组。

中断异常处理器—–NVIC—专门用于管理中断的片上外设
       管理中断的方式：（注意：整个程序，管理中断的方式，只能五选其一，如果设置多个，那么只有最后一个设置生效）
       *   NVIC_PriorityGroup_0:   0 bits for pre-emption priority //没有主优先级，即：0个位来表示主优先级
       *                    4 bits for subpriority //16种次优先级，即：4个位来表示次优先级
       *   NVIC_PriorityGroup_1: 1 bits for pre-emption priority    //2种主优先级，即：1个位来表示主优先级
       * 3 bits for subpriority   //8种次优先级，即：3个位来表示主优先级

NVIC_PriorityGroup_1的分配如下图：

       *   NVIC_PriorityGroup_2: 2 bits for pre-emption priority
       * 2 bits for subpriority
       *   NVIC_PriorityGroup_3: 3 bits for pre-emption priority
       * 1 bits for subpriority
       *   NVIC_PriorityGroup_4: 4 bits for pre-emption priority
       * 0 bits for subpriority

        NVIC给每个中断源都配置两种优先级，分别是：（数值越小优先级越高）
       抢占优先级（主优先级）：具备抢占功能，优先级高的中断可以抢占优先级低的中断，但是一个中断不能抢占另外一个相同优先级的中断。由此可知，一个中断不能抢占它自己，因为自己与自己的优先级相同。
       执行优先级（次优先级）：不具备抢占功能，只有在两个主优先级相同的中断，并且它们同时发生的情况下，那么次优先级高的先执行。

总结：配置中断的3个步骤（不管什么时候，中断配置都是这四步）

1.配置中断源

2.配置中断源的抢占和执行优先级

3.编写中断服务函数

4.如果是程序的第一个中断，需要设置优先级分组（最好写在主程序中）

配置中断的4步细节描述：（以UART中断为例）

配置一个中断需要做以下几件事情：
       1，配置中断源
           void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState)

         2，给这个中断源配置相应的抢占优先级和执行优先级
           void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct)
           typedef struct
           {
           uint8_t NVIC_IRQChannel; //中断通道号 refer to stm32f10x.h
               //typedef enum IRQn
           uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; //主优先级
           uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;//次优先级
           FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; //使能中断通道
           } NVIC_InitTypeDef;

        3，编写中断服务函数—-中断服务函数的函数名，已经在启动文件中定义，所以中断服务函数的函数名在启动文件中找

注意：中断服务函数写在，stm32f10x_it.c文件中，该文件在apps文件夹下
           void USART1_IRQHandler(void)
           {
               //判断标志位
               //清除中断标志位
           }

4，如果是程序的第一个中断，需要设置优先级分钟（最好写在main函数中，写在子函数中会被子函数重复调用）
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)

怎样查看中断源的通道号：

我们可以在stm32f10x.h文件中找到，在与我们所使用的启动文件名字（即：STM32F10X_HD）一样的那部分定义。再到需要使用的中断源的名字，它的右边便是中断通道号。我们还注意到了这部分的通道号是从18开始的，是因为这些通道号是这款芯片专用的通道号，0~17通道号在该文件的前面，它是通用的通道号。

注意：中断服务函数的函数名不能乱写。必须在启动文件中寻找到中断服务函数的名字。因为函数名就是函数的入口地址，这个地址在启动文件中就定义好了的。中断服务函数的函数名如果写错了会导致中断服务函数无法执行。

UART中断配置函数

UART中断源配置函数。

USART_IT_RXNE：表示当UART串口接收到数据的时候，就触发UART中断。

中断标志位，如果相应的事件发生中断，则该标志位置1

NVIC中断管理器配置函数。

UART接收数据函数，即UART_RX接收数据进CPU来。

UART发送数据函数，即UART_TX发送数据出去。

编写程序

void USART1_Config(void)
{
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   // 1，打开时钟—GPIOA，串口1，AFIO
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

   // 2，GPIO初始化
   GPIO_InitStruct.GPIO_Pin =GPIO_Pin_9;
   GPIO_InitStruct.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;
   GPIO_InitStruct.GPIO_Speed =GPIO_Speed_2MHz;
   GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

   GPIO_InitStruct.GPIO_Pin =GPIO_Pin_10;
   GPIO_InitStruct.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING;
   GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

   // 3，串口初始化
   USART_InitStruct.USART_BaudRate =115200;
   USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl =USART_HardwareFlowControl_None;
   USART_InitStruct.USART_Mode =USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
   USART_InitStruct.USART_Parity =USART_Parity_No;
   USART_InitStruct.USART_StopBits =USART_StopBits_1;
   USART_InitStruct.USART_WordLength =USART_WordLength_8b;
   USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);

USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC|USART_FLAG_TXE);

// 1，配置中断源
USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE, ENABLE); //当UART串口接收到数据的时候，就触发UART中断。

   // 2，给这个中断源配置相应的抢占优先级和执行优先级
   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel =USART1_IRQn;
   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =0;
   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;
   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd =ENABLE;
   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

// 4，使能串口
USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

//中断服务函数（写在stm32f10x_it.c文件中的指定位置，这个位置如下图）

该文件的这个位置是专门写外设中断的地方，其中USART1_IRQHandler为中断函数名

/*中断服务函数：功能：pc端的串口助手通过UART_RX发送数据给MCU，接收到数据后，MCU通过UART_TX发送数据给PC端的串口助手*/

void USART1_IRQHandler(void) //
{
   if(SET==USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)){ //如果UART串口接收到了数据，那么该标志位置1
       USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); //手动清空标志位，一定要清空！
       USART_SendData(USART1,USART_ReceiveData(USART1)); //通过UART_TX发送数据给PC端的串口助手
   }
}

注意：无论什么中断，在进入中断后必须进行中断标志位的判断，即：

if(SET==USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE))…..，因为由上面可知，触发USART1中断的事件有很多种，我们并不知道是哪一种事件触发了USART1中断，所以，我们需要对相应的中断触发事件标志位进行判断，然后做相应的中断程序处理。

注意：中断服务函数越短越好。如果是定时器中断，那么定时器中断服务函数执行的时间大于定时的时间的话，每当执行完定时器中断函数后，就立马又加入该中断。因为定时器中断在进入中断后，就立马重新开始计数，当计数完后，触发下一次中断，但是如果此时中断函数还没有执行完，那么定时器不会马上执行下一次中断（因为自己不能抢占自己），并且计数器此时不会再重新计数，而是等待中断函数执行后，立马又进入定时中断，然后计算器重新开始计数。这样的话，其他中断就没机会抢到cpu的控制权了。就算不是定时器中断，那么如果中断执行时间长的话，main函数就没时间去执行了，而且其他中断也没有机会抢到cpu的控制权。所以，在中断中不要加mS级的延时（中断执行时间都是uS级的）！！！。

注意：外部中断触发也是如此，如果在触发中断的时候，上一次中断还没执行完，由于自己不能抢断自己，它就会等待。等到上一次中断执行完后，它就马上执行这一次的中断。

int main(void)
{

   RCC_ConfigTo72M();//将系统时钟配置成72MHZ
   Systick_Config(72);
   USART1_Config();

// 4，如果是程序的第一个中断，需要设置优先级分钟
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

while(1){
LED_CTRL(LEDR,LED_CLOSE);
Systick_NmsDelay(3000);
LED_CTRL(LEDR,LED_OPEN);
Systick_NmsDelay(3000);

}

}

串口助手给MCU发送字符，控制LED的亮/灭

功能：串口助手给MCU发送open字符串，控制LED的亮，发送close字符串，控制LED的灭

方法一：（接收标志位中断）

//串口中断服务函数

/*每次MCU接收到从串口助手发送来的一个字节，MCU就会进入一次USART1中断服务函数。*/

void USART1_IRQHandler(void)
{
   if(SET==USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)){
       USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);        //手动清空标志位，一定要清空！
       USART_SendData(USART1,USART_ReceiveData(USART1));
       USART1_Data[indexs]=USART_ReceiveData(USART1); //将接收到的一个字节数据，保存在数组 USART1_Data[]中
       indexs++; //数组下标后移
       USART1_Data[indexs]='\0'; //让接收到的最末尾字符的后面为'\0'
       if((USART1_Data[0]!='o')&&(USART1_Data[0]!='c')){ /*如果串口助手发送过来的第一个字符既不是字母‘o’也不是字母‘c’，那么就没必要再进行下去了，数组USART1_Data[]的索引回到0*/
           indexs=0;
       }else{
           if(indexs>3){ //open为4个字符，如果串口助手发送过来4个字符，那么有可能发送过来的是open
               if(0==strcmp("open",(const char *)USART1_Data)){ //数组中的内容与open字符串进行对比
                   LED_CTRL(LEDR,LED_OPEN); //开灯
                   indexs=0;
                   memset(USART1_Data,0,sizeof(USART1_Data));
               }
               if(0==strcmp("close",(const char *)USART1_Data)){         //数组中的内容与close字符串进行对比
                   LED_CTRL(LEDR,LED_CLOSE); //关灯
                   indexs=0;
                   memset(USART1_Data,0,sizeof(USART1_Data));
               }

           }
       }
       if(indexs==5){ /*如果前面对比失败，说明串口助手发送过来的即不是open也不是close。又因为close为5个字符，串口助手发送过来的字符数量为5个，数组索引回归0*/
           indexs=0;
           memset(USART1_Data,0,sizeof(USART1_Data));
       }
   }
}

方法二：（空闲总线中断）

//串口中断服务函数

void USART1_IRQHandler(void)
{

   if(SET==USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)){

       USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
       USART_SendData(USART1,USART_ReceiveData(USART1));
       USART1_Data[indexs]=USART_ReceiveData(USART1);

       if(USART1_Data[indexs]==0x0D || USART1_Data[indexs]==0x0A)   /*0XOD是回车,0XOA是换行，串口调试助手会在每帧数据末尾，发回车+换行符，我们需要把它两个清除*/
           USART1_Data[indexs] = '\0';

       indexs++;

   }

   if(SET==USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE)){ //空闲总线中断

       USART_ReceiveData(USART1);        //清除空闲总线标志位

       if(0==strcasecmp("open",(const char *)USART1_Data)){
           LED_CTRL(LEDR,LED_OPEN);        //开灯

       }
       if(0==strcasecmp("close",(const char *)USART1_Data)){
           LED_CTRL(LEDR,LED_CLOSE);         //关灯

       }

       indexs = 0;
       memset(USART1_Data,0,sizeof(USART1_Data));

   }

}

我们可以看到方法二更加的方便和简洁。那么空闲总线中断是什么？

USART1,USART_IT_IDLE：空闲总线中断标志位，当MCU的UART接收完一帧数据后，该标志位就会置1。也就是，串口助手发送一串数据给MCU。MCU则是一个字节一个字节的接收。当接收完这一串数据后，过一小段时间，如果没有数据发送过来，那么空闲总线中断标志位就会自动置1，表示MCU将这一帧数据接收完成。

单片机串行通信里面的数据帧是怎么理解？一帧数据的位数可以改变吗？

串行通信中，帧信息一般是根据需要自己约定而确定的。其内容一般是由多个8位单字节数据组成，比如你所说的传感器，需要采集电压值，电流值等信息，假设这些信息需要10个字节，那么你的一帧信息最少需要10个字节，也就是收发两方都需要计数，计数到10时才能说明通讯完成。这是最简单的，但大多数应用中规范的做法一帧信息都会包含帧头标识符、帧长度、信息内容及校验信息。

注意：在中断配置中如果打开了中断源，那么一定要在中断服务函数中手动将中断标志位清除。否则，中断触发的时候，标志置1，当再次进入到中断后，由于上一次中断没有清除标志位，那么程序就可能会卡在中断服务函数中。