05 EXTI外部中断

一、中断系统

  1. 中断系统：管理和执行中断的逻辑结构。
  2. 中断：在主程序运行过程中，出现了特定的中断触发条件——中断源，使得CPU暂停当前正在运行的程序，转而去处理中断程序，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续运行
    • 中断的作用：极大的提高程序的效率
      比如：
      • 对于外部中断来说，可以是引脚发生了电平跳变；
      • 对于定时器来说，可以是定时的时间到了；
      • 对于串口通信来说，可以是接收到了数据。
  3. 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。
    中断优先级就是中断的紧急程度，是我们根据程序设计的需求自己设置的。
    • 中断优先级的作用：为了在多个中断同时申请时判断一下应该先处理哪个。
      如果事件非常紧急，就把优先级设置高一些；如果不是那么紧急，就可以把优先级设置低一些。
      这样可以更好的安排这些中断事件，防止紧急的事件被别的中断耽误。
  4. 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。
    • 中断嵌套就是把中断程序再次中断的现象。
    • 中断嵌套是为了照顾非常紧急的中断的，如果现在CPU已经在执行某个中断程序了，这时又发生了一个非常紧急的中断，那这个中断就可以把当前的中断程序进行二次中断，这样新的紧急中断就可以立即被执行了。
    • 能否进行中断嵌套也是由中断优先级来决定的。

中断执行流程

在这里插入图片描述

二、STM32中断

  • 68个可屏蔽中断通道(即中断源)，包含EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、I2C、RTC等多个外设。
  • 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。
    在这里插入图片描述
  • 灰色——内核的中断——了解
    • 复位中断：当产生复位事件时，程序就会自动执行复位中断函数，即复位后程序开始执行的位置
    • NMI不可屏蔽中断
    • 硬件失效
    • 存储管理
    • 总线错误
    • 错误应用
    • 等等
  • 白色——STM32外设中断
    • 窗口看门狗：监测程序运行状态的终端
    • PVD电源电压监测：如果供电电压不足，PVD电路就会申请中断
  • 中断的地址：
    • 因为程序中的中断函数的地址是由编译器来分配的，是不固定的，但中断跳转由于硬件的限制，只能跳到固定的地址执行程序。
    • 所以为了能让硬件跳转到一个不固定的中断函数里，就需要在内存中定义一个地址的列表。
    • 这个列表地址是固定的，中断发生后就跳到这个固定位置，然后在这个固定位置由编译器再加上一条跳转到中断函数的代码，这样中断跳转就可以跳到任意位置了。
    • 这个中断地址的列表就叫中断向量表，相当于中断跳转的一个跳板。

1. NVIC

NVIC 嵌套中断向量控制器

  • STM32中用来管理中断、分配优先级的
  • NVIC是一个内核外设，是CPU的小助手
  • NVIC有很多输入口，可以接多个中断线路；NVIC只有一个输出口。
  • 一个外设可能会同时占用多个中断通道，所以有n条线。NVIC根据每个中断的优先级分配中断的先后顺序，之后通过输出口告诉CPU该处理哪个。

(2)NVIC基本结构

在这里插入图片描述

(3)NVIC优先级分组

抢占优先级——可以看作插队
响应优先级——中断嵌套

  • 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

    4位二进制：0到15的数，对应16个优先级
    优先级的数：值越小优先级越高，0就是最高优先级

  • 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，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号排队
    在这里插入图片描述

三、EXTI简介

  • 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对应的中断程序
  • 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(PA0和PB0不能同时用)
  • 外部中断占用的通道数(共20个)：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

1.EXTI基本结构

在这里插入图片描述
NVIC 中断响应
其他外设 事件响应

2.AFIO复用IO口

  • AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义
—— 数据选择器的作用
  • 在STM32中，AFIO主要完成两个任务：复用功能引脚重映射、中断引脚选择

    在这里插入图片描述

3.EXTI框图

在这里插入图片描述

或门：多个输入一个输出，任意一个为1，就可以输出1
与门：多个输入一个输出，所有均为1，才可以输出1
非门：一个输入一个输出，输入1就输出0，输入0就输出1
数据选择器：多个输入一个输出

四、旋转编码器简介

  • 旋转编码器：用来测量位置、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
  • 类型：机械触点式/霍尔传感器式/光栅式

    在这里插入图片描述

硬件电路

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

五、实操

5.1 对射式红外传感器计次

接线图

在这里插入图片描述

代码实现

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "CountSensor.h"

int main(void)
{
	OLED_Init();
	CountSensor_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Count:");
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 7, CountSensor_Get(), 5);
	}
}

CountSensor.c / .h

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t CountSensor_Count;

/**
  * @brief 初始化 对射式红外传感器
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void CountSensor_Init(void)
{
	//1.配置RCC —— 把涉及的外设的时钟都打开
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	
	//2.配置GPIO —— 选择端口为输入模式
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	//3.配置AFIO
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
	
	//4.配置EXTI —— 选择边沿触发方式、触发响应方式
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
	
	//5.配置NVIC —— 选择合适优先级
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	//6.通过NVIC外部中断信号进入CPU
	
}

/**
  * @brief 读取对射式红外传感器的当前值
  * @param  无
  * @retval CountSensor_Count
  */
uint16_t CountSensor_Get(void)
{
	return CountSensor_Count;
}

/**
  * @brief 中断函数
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	//1.中断标志位的判断
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET)
	{
		//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)
		{
			CountSensor_Count ++;
		}
		
		//2.清楚中断标志位
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
	}
}


#ifndef __COUNT_SENSOR_H
#define __COUNT_SENSOR_H

void CountSensor_Init(void);
uint16_t CountSensor_Get(void);

#endif

程序现象

  • 程序启动时，OLED屏幕上会显示"Count:"字符串
  • 之后，每挡一次传感器，计数就会+1，并将这个数据更新显示在OLED屏幕的指定位置。
  • 如果EXTI_Trigger配置为下降沿触发EXTI_Trigger_Falling，在移开挡光片时触发中断，计数+1
  • 如果EXTI_Trigger配置为上升沿触发EXTI_Trigger_Rising，在遮挡时触发中断，计数+1
  • 如果EXTI_Trigger配置为双边沿触发EXTI_Trigger_Rising_Falling，在遮挡和移开挡光片时均触发中断，计数+1

5.2 旋转编码器计次

接线图

在这里插入图片描述

代码实现

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Encoder.h"

int16_t Num;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Encoder_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Num:");
	
	while (1)
	{
		Num += Encoder_Get();	//Encoder_Get函数返回的是调用该函数的间隔里，旋转编码器产生的正负脉冲数，所以返回值直接+=给Num
		OLED_ShowNum(1, 5, Num, 5);
	}
}

Encoder.c / .h

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

int16_t Encoder_Count;

void Encoder_Init(void)
{
	//1.配置RCC —— 把涉及的外设的时钟都打开
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	
	//2.配置GPIO —— 选择端口为输入模式
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	//3.配置AFIO
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);
	
	//4.配置EXTI —— 选择边沿触发方式、触发响应方式
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
	
	//5.配置NVIC —— 选择合适优先级
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	//6.通过NVIC外部中断信号进入CPU

}


int16_t Encoder_Get(void)
{
	int16_t Temp;
	Temp = Encoder_Count;
	Encoder_Count = 0;
	return Temp;
}

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
	//1.中断标志位的判断
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET)
	{
		//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_0) == 0)
		{
			if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
			{
				Encoder_Count --;
			}
		}
		//2.清楚中断标志位
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
	}
}

void EXTI1_IRQHandler(void)
{
	//1.中断标志位的判断
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET)
	{
		//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_1) == 0)
		{
			if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0)
			{
				Encoder_Count --;
			}
		}
		
		//2.清楚中断标志位
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
	}
}

#ifndef __ENCODER_H
#define __ENCODER_H

void Encoder_Init(void);
int16_t Encoder_Get(void);

#endif

程序现象

  • 程序启动时，OLED屏幕上会显示"Num:"字符串
  • 向右转，数字增加；向左转，数字减小。

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