【STM32+HAL+Proteus】系列学习教程---中断（NVIC、EXTI、按键）

实现目标

1、掌握STM32的中断知识

2、学会STM32CubeMX软件关于中断的配置

3、具体目标：1、外部中断检测按键，每按一次计一次数，满5次LED1状态取反。

一、中断概述

1.1、中断定义

        CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件(包括外部或内部)，让CPU暂时停下正在运行的程序，转而去执行一段处理事件的程序(中断服务子程序或中断处理程序)，当这段程序执行完时（事件处理完时），程序又返回被停下的程序继续执行，这一过程称为中断。引发中断的称为中断源。中断可分为外部中断和内部中断。

        中断程序执行中又出现了中断，那么这种情况又叫做中断嵌套。

1.2、中断的作用和意义

        中断的最终目的是高效处理紧急程序，并且不会占用CPU资源。还有就是能实现程序的并行化，实现嵌入式系统进程之间的切换等。

• 实时控制：在确定的时间内对相应事件做出相应；例如：温度控制；
• 故障处理：检测到故障，需要第一时间进行处理；
• 数据传输：不确定数据何时会来，利用中断进行控制；

1.3、STM32的中断

        STM32F10x芯片有84个中断通道，包括16个内核中断和68 个可屏蔽中断，这些中断通道已按照不同优先级顺序固定分配给相应的外部设备。

具体可参考:STM32F103的中文参考手册（9.1.2中断和异常向量）

二、 NVIC（中断向量控制器）

2.1 NVIC基本概念

        NVIC英文全称是Nested Vectored Interrupt Controller，中文意思就是嵌套向量中断控制器，通俗的讲它就是一个开关与选择器。它属于M3内核的一个外设，控制着芯片的中断相关功能。M3 内核都是支持 256 个中断，其中包含了 16 个系统中断和 240 个外部中断，并且具有 256 级的可编程中断设置。

2.2、中断处理机制

工作过程：

         对于外部产生的中断不管是串口、定时器、IIC还是EXTI ，GPIO都由做NVIC来管理，NVIC的主要功能可以概括为：1. 中断管理；2.支持异常及中断向量化处理；3.支持嵌套中断。

2.3、STM32中断优先级

        当多个中断同时到来时，CPU该执行那个中断呢？这个时候就需要用到中断优先级，给中断的执行顺序排个序，优先级高的可以比优先级低的先执行，甚至优先级高的可以打断正在执行的优先级低的中断程序。

        STM32F103芯片支持60个可屏蔽中断通道，每个中断通道都具备自己的中断优先级控制字节(8位，但是STM32F103中只使用4位，高4位有效)，用于表达优先级的高4位又可以组成抢占式优先级和响应优先级，通常也把响应优先级称为“亚优先级”或“副优先级”，每个中断源都需要被指定这两种优先级。

优先级判断原则：

       中断优先级的数值越小，优先级级别越高。先判断抢占优先级的大小，如果抢占优先级相同，则比较响应优先级的大小，若抢占优先级和响应优先级均相同，则根据中断向量表中的顺序来决定。

        假定现在有三个中断源：中断1、中断2、中断3。设置中断优先级分组为 2，然后设置中断1的抢占优先级为 2，响应优先级为 1。中断2的抢占优先级为 3，响应优先级为0。 中断3的抢占优先级为 2，响应优先级为 0。那么这 3 个中断的优先级顺序为： 中断 3>中断 1>中断 2。 上面例子中的中断 1 和中断 3 都可以打断中断 2 的中断。而中断 3 和中断 1却不可以相互打断！

三、EXTI(外部中断)

3.1EXTI的简介

        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。每个中断/事件线都对应有一个边沿检测器，可以实现输入信号的上升沿检测和下降沿检测。 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。

3.2EXTI功能框图

斜杠20，表示在控制器内部类似的信号线路有20个， EXTI总共有20个中断/事件线。

红色代表产生中断，绿色代表产生事件

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。

3.3EXIT线与IO映射关系

        EXTI有20个中断/事件线，每个GPIO都可以被设置为输入线，占用EXTI0至EXTI15， 还有另外七根用于特定的外设事件，见表 EXTI中断_事件线 。

        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。由表 EXTI中断_事件线 可知， EXTI0可以通过AFIO的外部中断配置寄存器1(AFIO_EXTICR1)的EXTI0[3:0]位选择配置为PA0、 PB0、PC0、PD0、PE0、PF0、PG0、PH0或者PI0 。

四、原理图设计

        按键默认接得有上拉电阻，未按下时单片机检测管脚为高电平，当按键按下，电平由高电平变为低电平。也就是一个下降沿信号。

五、STM32CubeMX 配置

配置1：LED1/PB9设置为推挽输出;  K1设置为外部中断模式，NVIC组别默认，抢占优先级，响应优先级默认为0，使能外部中断。

配置2：外部中断设置为下降沿触发。

六、程序设计

1、定义一个全局变量，用于统计按键按下次数

/* USER CODE BEGIN PV */

 int cnt = 0;//计数变量
 
/* USER CODE END PV */

2、中断回调函数对按键进行处理，次数到达5次，LED1状态取反。

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_11)  //按键K1按下
	{
	    cnt++;
		if(cnt == 5)//按键次数到5次
		{
			cnt = 0;
			HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin); //LED1电平翻转
		}		
	}	
		
	__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_11);            //清除中断标志
}

/* USER CODE END 4 */

七、实验效果

八、仿真实现

按键按下5次后，LED1的状态取反，亮灭交替。

总结