嵌入式开发之STM32学习条记day08

从“门铃”到“中断”：手把手玩转STM32的外部中断控制器（EXTI）

引言：为什么我们需要“中断”？

        （类比生活场景：用“快递按门铃”表明中断的意义）
        想象一下：当你在家写代码，忽然快递员按门铃，你会暂歇工作去开门，处理惩罚完后再继承写代码。这就是“中断”的核心思想——让CPU及时相应告急事件。
        在嵌入式体系中，外部中断/事件控制器EXTI（External Interrupt/Event Controller）是一个非常紧张的外设，就像这个“门铃”，负责检测外部信号的变化（比如按键按下、传感器触发），并关照CPU处理惩罚。EXTI的设计使得开发者能够高效地处理惩罚外部事件，而不需要频繁地轮询输入引脚的状态。本文将深入探究EXTI的工作原理、设置方法以及实际应用，帮助读者更好地理解和应用这一强大的功能。
1 EXTI概述

1.1 什么是EXTI？

        外部中断/事件控制器（EXTI）是微控制器中的一个外设，用于处理惩罚来自外部引脚的中断和事件。EXTI可以监控多个GPIO引脚的状态变化，并在检测到特定事件（如上升沿、下降沿或电平变化）时触发中断或事件。
1.2 EXTI的作用与优势

        EXTI的主要作用是允许微控制器对外部事件做出快速相应，而不需要频繁地轮询输入引脚的状态。这种机制不但提高了体系的相应速度，还低落了CPU的负载，使得体系能够更高效地运行。

• 快速相应：EXTI能够在微秒级别内相应外部事件。
  
• 低功耗：在低功耗模式下，EXTI可以叫醒微控制器，从而延伸电池寿命。
  
• 机动性：EXTI支持多种触发方式，可以根据应用需求举行设置。
  

1.3 EXTI架构全景图

注意：见STM32F10xxx参考手册（中文）.pdf文件第135页
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的核心由三大模块构成：

• 事件检测器：24个可设置通道（不同型号大概不同）
  
• 边沿选择器：上升沿/下降沿/双边沿触发
  
• 中断屏蔽器：机动控制各通道使能状态
  

1. // 典型EXTI寄存器结构
2. typedef struct {
3.   __IO uint32_t IMR;   // 中断屏蔽寄存器
4.   __IO uint32_t EMR;   // 事件屏蔽寄存器
5.   __IO uint32_t RTSR;  // 上升沿触发选择寄存器
6.   __IO uint32_t FTSR;  // 下降沿触发选择寄存器
7.   __IO uint32_t SWIER; // 软件中断事件寄存器
8.   __IO uint32_t PR;    // 挂起寄存器
9. } EXTI_TypeDef;

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2 EXTI的工作原理

2.1 外部中断与外部事件的区别

        在EXTI中，外部中断和外部事件是两个不同的概念：

• 外部中断：当EXTI检测到特定事件时，会触发一个中断请求，CPU会停息当前使命，转而执行中断服务步伐（ISR）。
  
• 外部事件：EXTI检测到事件后，不会触发中断，而是直接触发一个事件信号，通常用于叫醒微控制器或触发其他外设。
  

        两者的本质区别：
模式范例信号路径典型应用场景相应时间中断模式GPIO → EXTI → NVIC → CPU需要软件处理惩罚的告急事件约5-10个时钟周期事件模式GPIO → EXTI → 外设联动DMA/定时器等硬件同步信号级相应 2.2 EXTI的触发方式

        EXTI支持以下几种触发方式：

• 上升沿触发：当输入信号从低电平变为高电平时触发。
  
• 下降沿触发：当输入信号从高电平变为低电平时触发。
  
• 双边沿触发：当输入信号发生任何变化时触发。
  
• 电平触发：当输入信号保持特定电平时触发。
  

2.3 EXTI的中断处理惩罚流程

        当EXTI检测到触发事件时，会按照以下游程处理惩罚：

• 事件检测：EXTI监控的GPIO引脚状态发生变化。
  
• 触发条件匹配：EXTI根据设置的触发方式判断是否满足触发条件。
  
• 中断请求生成：如果满足触发条件，EXTI会生成一个中断请求。
  
• 中断服务步伐执行：CPU停息当前使命，执行相应的中断服务步伐（ISR）。
  
• 中断标记清除：在ISR中清除中断标记，以便处理惩罚下一个中断。
  

3 手把手实战——按键中断全流程开发

3.1 硬件预备：最小体系搭建

• 质料清单：STM32开发板、10kΩ电阻、轻触开关、杜邦线
  
• 电路原理图：
  

1. VCC → 按键 → PA0 → GND
2.        ↑
3. 10kΩ下拉电阻

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3.2 设置步骤

• 设置PA0引脚为输入模式，并启用外部中断功能
  
• 设置外部中断触发方式（上升沿触发）
  
• 使能并设置中断优先级
  
• 编写中断服务函数
  

3.3 设置代码

1. #include "stm32f10x.h"
3. // 初始化GPIO引脚为输入模式
4. void GPIO_Config(void) {
5.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
7.     // 启用GPIOA时钟
8.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
10.     // 配置PA0为输入模式，且启用外部中断
11.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;               // PA0引脚
12.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;           // 上拉输入
13.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                   // 应用配置
14. }
16. // 配置EXTI中断
17. void EXTI_Config(void) {
18.     EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
19.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
21.     // 启用SYSCFG时钟（用来连接外部中断）
22.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
24.     // 连接EXTI Line0 (PA0)到EXTI0
25.     GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);
27.     // 配置EXTI0中断触发方式为上升沿
28.     EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;                  // 配置EXTI Line0
29.     EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;         // 中断模式
30.     EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;      // 上升沿触发
31.     EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;                   // 启用中断
32.     EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
34.     // 配置NVIC，设置EXTI0的优先级和使能
35.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;           // 选择EXTI0中断通道
36.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;   // 中断优先级
37.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;         // 子优先级
38.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;             // 使能中断
39.     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
40. }
42. // 外部中断服务程序
43. void EXTI0_IRQHandler(void) {
44.     if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {               // 检查是否为EXTI0中断
45.         EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);                    // 清除中断标志
47.         // 这里是中断服务函数的核心代码
48.         // 例如，触发某个操作：点亮LED，或切换状态等
49.         // LED_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 假设LED连接到PC13引脚
51.     }
52. }

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表明：

• GPIO设置：我们设置PA0引脚为输入模式，并启用上拉电阻（GPIO_Mode_IPU），这样PA0引脚会在没有按键按下时保持高电平。当按键按下时，PA0会变为低电平，外部中断触发。
  
• EXTI设置：通过GPIO_EXTILineConfig()函数，我们将PA0引脚映射到EXTI Line0。然后设置EXTI Line0的触发方式为上升沿触发（EXTI_Trigger_Rising）。末了启用中断，并通过NVIC_Init()函数设置NVIC，使能EXTI0的中断处理惩罚。
  
• 外部中断服务函数：在EXTI0_IRQHandler()中断处理惩罚函数中，当检测到PA0引脚的上升沿时（按键释放），我们清除中断标记，并可以在中断服务函数内执行其他操作，如控制LED灯亮灭等。
  

4 EXTI的应用场景

4.1 按键检测

在嵌入式体系中，按键检测是一个常见的应用场景。通过设置EXTI，可以在按键按下或释放时立即触发中断，从而快速相应用户输入。
4.2 传感器信号处理惩罚

很多传感器输出数字信号，当传感器检测到特定事件时，信号会发生变化。通过EXTI，可以在信号变化时立即触发中断，从而快速处理惩罚传感器数据。
4.3 低功耗模式下的叫醒

在低功耗模式下，微控制器通常会关闭大部门外设以节省电能。通过设置EXTI，可以在特定事件（如按键按下或传感器信号变化）发生时叫醒微控制器，从而延伸电池寿命。
5. EXTI的常见问题与解决方案

• 中断抖动问题：在按键检测等应用中，由于机器开关的特性，按键按下或释放时大概会产生抖动，导致多次触发中断。为了解决这个问题，可以在硬件上添加去抖动电路，或者在软件中举行去抖动处理惩罚。
  
• 中断优先级设置：在多使命体系中，不同中断的优先级设置非常紧张。如果多个中断同时触发，高优先级的中断会优先执行。因此，需要根据应用需求公道设置中断优先级。
  
• 多引脚中断处理惩罚：在某些应用中，大概需要同时监控多个GPIO引脚的状态变化。在这种情况下，可以通过设置多个EXTI线路，并在中断服务步伐中判断具体是哪个引脚触发了中断。
  

6 总结

        外部中断/事件控制器（EXTI）是嵌入式体系中一个非常紧张的外设，它允许微控制器对外部事件做出快速相应。通过公道设置EXTI，可以实现高效的外部事件处理惩罚，提高体系的相应速度和低落CPU的负载。本文详细介绍了EXTI的工作原理、设置方法以及实际应用，希望能够帮助读者更好地理解和应用这一强大的功能。
        在实际开发中，EXTI的应用场景非常广泛，从简单的按键检测到复杂的传感器信号处理惩罚，EXTI都能发挥紧张作用。通过深入理解EXTI的工作原理和设置方法，开发者可以更好地使用这一功能，设计出高效、可靠的嵌入式体系。
        希望本文能够为读者提供有价值的信息，并激发各人对嵌入式体系开发的兴趣。如果你有任何问题或建议，接待在评论区留言讨论！

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互动环节：

• 你在实际项目中是如何使用EXTI的？接待分享你的履历和心得！
  
• 如果你对EXTI有任何疑问，接待在评论区提问，我会尽力解答。
  

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