STM32中断详解

STM32中断详解

  • NVIC 中断系统
    • 中断向量表
    • 相关寄存器
    • 中断优先级
    • 中断配置
  • 外部中断实验
    • EXTI框图
    • 外部中断/事件线映射
    • 中断步骤初始化
      • 代码实现
  • 定时器中断
    • 通用定时器
    • 相关功能
      • 标号1：时钟源
      • 标号 2：控制器
      • 标号 3：时基单元
    • 代码实现

NVIC 中断系统

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， 对于STM32F103系列芯片只有60个可屏蔽中断，在 STM32F107 系列才有 68 个。

中断向量表

分为系统中断和用户中断
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相关寄存器

typedef struct
{
    __IO uint32_t ISER[8]; //中断使能寄存器
    uint32_t RESERVED0[24];
    __IO uint32_t ICER[8]; //中断清除寄存器
    uint32_t RSERVED1[24];
    __IO uint32_t ISPR[8]; //中断使能悬起寄存器
    uint32_t RESERVED2[24];
    __IO uint32_t ICPR[8]; //中断清除悬起寄存器
    uint32_t RESERVED3[24];
    __IO uint32_t IABR[8]; //中断有效位寄存器
    uint32_t RESERVED4[56];
    __IO uint8_t IP[240]; //中断优先级寄存器
    uint32_t RESERVED5[644];
    __O uint32_t STIR; //软件触发中断寄存器
} NVIC_Type;

在配置中断时，我们通常使用的只有 ISER、 ICER 和 IP 这三个寄存器：ISER 是中断使能寄存器，ICER 是中断清除寄存器，IP 是中断优先级寄存器。

中断优先级

但是 STM32F103 中只使用 4 位，高 4 位有效)， 用于表达优先级的高 4 位又被分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。
高抢占式优先级的中断事件会打断当前的主程序或者中断程序运行，俗称中断嵌套。
在这里插入图片描述

第 0 组：所有 4 位用于指定响应优先级
第 1 组：最高 1 位用于指定抢占式优先级，最低 3 位用于指定响应优先级
第 2 组：最高 2 位用于指定抢占式优先级，最低 2 位用于指定响应优先级
第 3 组：最高 3 位用于指定抢占式优先级，最低 1 位用于指定响应优先级
第 4 组：所有 4 位用于指定抢占式优先级 设置优先级分组可调用库函数

NVIC_SetPriorityGrouping()实现，有关 NVIC 中断相关的库函数都在库文件misc.c 和 misc.h 中，所以当使用到中断时，一定要记得把 misc.c 和 misc.h 添加到工程组中。

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
/* Check the parameters */
    assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup));
/* Set the PRIGROUP[10:8] bits according to NVIC_PriorityGroup value */
    SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;
}

NVIC_PriorityGroupConfig 函数带一个形参用于中断优先级分组，该值范围 可以是 NVIC_PriorityGroup_0-NVIC_PriorityGroup_4，
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中断配置

（1）使能外设中断，这个具体是由外设相关中断使能位来控制，比如定时器有溢出中断，这个可由定时器的控制寄存器中相应中断使能位来控制。
（2）设置中断优先级分组，初始化 NVIC_InitTypeDef 结构体，设置抢占优先级和响应优先级，使能中断请求。 NVIC_InitTypeDef

typedef struct
{
    uint8_t NVIC_IRQChannel; //中断源
    uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; //抢占优先级
    uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; //响应优先级
    FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; //中断使能或失能
} NVIC_InitTypeDef;

  • 中断源放在 stm32f10x.h 文件的 IRQn_Type 结构体内，自己去查看

  • NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：抢占优先级，具体的值要根据优先级分组来确定，可以参考前面中断优先级分组内容。

  • NVIC_IRQChannelSubPriority：响应优先级，具体的值要根据优先级分组来确定，可以参考前面中断优先级分组内容。

  • NVIC_IRQChannelCmd：中断使能/失能设置，使能配置为 ENABLE，失能配置为 DISABLE。

外部中断实验

EXTI框图

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外部中断/事件线映射

在这里插入图片描述

中断步骤初始化

  • 使能 IO 口时钟，配置 IO 口模式为输入
    由于本章使用开发板上 4 个按键 IO 口作为外部中断输入线，因此需要使能对应的 IO 口时钟及配置 IO 口模式。

  • 开启 AFIO 时钟，设置 IO 口与中断线的映射关系
    接下来我们需要将 GPIO 映射到对应的中断线上，只要使用到外部中断，就 必须先使能 AFIO 时钟，前面已经说了它是挂接在 APB2 总线上的，所以使能 AFIO 时钟库函数为：
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    然后，我们就可以把 GPIO 映射到对应的中断线上，配置 GPIO 与中断线映射 的库函数如下：
    void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
    比如我们将中断线 15 映射到 GPIOA 端口，那么就需要如下配置：
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource15);

  • 配置中断分组（NVIC），使能中断
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;//EXTI15 中断通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//抢占优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3; //子优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化 VIC 寄存器

  • 初始化 EXTI，选择触发方式 配置好 NVIC 后，我们还需要对中断线上的中断初始化，EXTI 初始化库函数 如下：
    void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);
    函数形参是有一个结构体 EXTI_InitTypeDef 类型的指针变量， EXTI_InitTypeDef 结构体成员变量如下

typedef struct 
{ 
uint32_t EXTI_Line; //中断/事件线 
EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode; //EXTI 模式 
EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; //EXTI 触发方式 
FunctionalState EXTI_LineCmd; //中断线使能或失能 
}EXTI_InitTypeDef;
  • – EXTI_Line：EXTI 中断/事件线选择，可配置参数为 EXTI0-EXTI20，可参考上表。
  • – EXTI_Mode：EXTI 模式选择，可以配置为中断模式 EXTI_Mode_Interrupt 和 事件模式 EXTI_Mode_Event。
  • – EXTI_Trigger：触发方式选择，可以配置为上升沿触发 EXTI_Trigger_Rising、下降沿触发 EXTI_Trigger_Falling、上升沿和下降沿触 发 EXTI_Trigger_Rising_Falling。
  • – EXTI_LineCmd：中断线使能或者失能，配置 ENABLE 为使能，DISABLE 为失 能，我们这里要使用外部中断，所以需使能。
  • 编写 EXTI 中断服务函数
  • 所有中断函数都在 STM32F1 启动文件中，不知道中断函数名的可以打开启动 文件查找。这里我们使用到的是外部中断，其函数名如下：

  • EXTI0_IRQHandler
    EXTI1_IRQHandler
    EXTI2_IRQHandler
    EXTI3_IRQHandler
    EXTI4_IRQHandler
    EXTI9_5_IRQHandler
    EXTI15_10_IRQHandler

获取中断标志EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12);
最后需要清除标志位EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12);

代码实现

功能：独立通过外部中断方式实现KEY1改变LED1的状态，key2改变led2…

myEXTI.h

#ifndef __MYEXTI_H__
#define __MYEXTI_H__

#include "public.h"

void My_EXTI_Init(void);


#endif

myEXTI.c

#include "myEXTI.h"

void My_EXTI_Init(void)
{
	// 开启外部中断时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

	// 将GPIOA上的12到15映射到外部中断线上
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource15);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource14);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource13);
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource12);

	// EXTI模块初始化
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line12 | EXTI_Line13 | EXTI_Line14 | EXTI_Line15; // 外部中断线
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;									  // 中断还是事件
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;								  // 触发方式上升还是下降沿 这里是下降沿触发
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;											  // 使能外部中断线
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);														  // 根据指定的参数初始化 EXTI 寄存器

	// NVIC模块初始化
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;	  // EXTI 中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; // 抢占优先级 2个
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;		  // 响应优先级 3个
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			  // IRQ 通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);							  // 根据指定的参数初始化 VIC 寄存器
}

main.c

// 功能：独立按键用外部中断方式实现KEY1改变LED1的状态，K2,K3,K4类似

#include "myEXTI.h"
#include "key.h"
#include "led.h"

int main()
{
	SysTick_Init(72);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 中断优先级分组 分 2 组

	LED_Init();
	Key_Init();
	My_EXTI_Init();

	while (1) // 保持应用程序不退出
	{
	}
}

void EXTI15_10_IRQHandler(void) //中断事件函数
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line12) == SET) // K4 引脚对应的中断函数状态 RESET代表0  SET代表1  代表是这个中断函数触发了
	{
		LED4 = !LED4;
	}
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line13) == SET) // K3
	{
		LED3 = !LED3;
	}
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET) // K2
	{
		LED2 = !LED2;
	}
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line15) == SET) // K1
	{
		LED1 = !LED1;
	}
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12 | EXTI_Line13 | EXTI_Line14 | EXTI_Line15); // 清除外部中断线上的中断标志
}

定时器中断

STM32F1 的通用定时器包含一个 16 位自动重载计数器（CNT），该计数器由可编程预分频器（PSC）驱动。STM32F1 的通用定时器可用于多种用途，包括测 量输入信号的脉冲宽度(输入捕获)或者生成输出波形(输出比较和 PWM)等。
使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32F1 的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。

基本定时器的功能最为简单，类似于 51 单片机内定时器。
通用定时器是在基本定时器的基础上扩展而来，增加了输入捕获与输出比较等功能。
高级定时器又是在通用定时器基础上扩展而来，增加了可编程死区互补输出、重复计数器、带刹车(断路)功能，这些功能主要针对工业电机控制方面。

通用定时器

  • （1）16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）。
  • （2）16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，计数器时钟频率的 分频系数为 1～65535 之间的任意数值。
  • （3）4 个独立通道（TIMx_CH1-4），这些通道可以用来作为：

A．输入捕获
B．输出比较
C． PWM 生成(边缘或中间对齐模式)
D．单脉冲模式输出

  • （4）可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器，且可实现多个定时器互连 （可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
  • （5）发生如下事件时产生中断/DMA 请求：

A．更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/ 外部触发)
B．触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
C．输入捕获
D．输出比较

  • （6）支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
  • （7）触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理
    在这里插入图片描述
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相关功能

标号1：时钟源

①内部时钟（CK_INT）
②外部时钟模式 1：外部输入引脚 TIx（x=1,2,3,4）
③外部时钟模式 2：外部触发输入 ETR
④内部触发输入（ITRx（x=0,1,2,3））

通常我们都是将内部时钟（CK_INT）作为通用定时器的时钟来源，而且通用 定时器的时钟是 APB1 时钟的 2 倍，即 APB1 的时钟分频数不为 1。所以通用定时器的时钟频率是 72MHz。

标号 2：控制器

通用定时器控制器部分包括触发控制器、从模式控制器以及编码器接口。触 发控制器用来针对片内外设输出触发信号，比如为其它定时器提供时钟和触发 DAC/ADC 转换。
从模式控制器可以控制计数器复位、启动、递增/递减、计数。 编码器接口专门针对编码器计数而设计。

标号 3：时基单元

通用定时器时基单元包括 3 个寄存器，分别是计数器寄存器(TIMx_CNT)、预分频器寄存器(TIMx_PSC)、自动重载寄存器(TIMx_ARR)。

通用定时器这三个寄存器都是 16 位有效。而高级定时器的 TIMx_RCR 寄存器是 8 位有效。 在这个时基单元中，有个预分频器寄存器(TIMx_PSC)，用于对计数器时钟频 率进行分频，通过寄存器内的相应位设置，分频系数值可在 1 到 65536 之间

通用定时器计数方式有向上 计数、向下计数、向上向下计数（中心对齐计数）

代码实现

功能：使用通用定时器产生500ms的中断来对LED1进行闪烁

MYTIME.h

#ifndef __MYTIME_H
#define __MYTIME_H

#include "public.h"

// TIMx只能是TIM2，TIM3,TIM4, u16psc 表示时基分频系数，u16per表示时基周期
void MY_TIME_Init(TIM_TypeDef *TIMx, u16 u16psc, u16 u16per);

#endif /* __MYTIME_H */

MYTIME.C

#include "myTIME.h"
// TIMx只能是TIM2，TIM3,TIM4, u16psc 表示时基分频系数，u16per表示时基周期

void MY_TIME_Init(TIM_TypeDef *TIMx, u16 u16psc, u16 u16per)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    // 时钟使能
    if (TIMx == TIM2)
    {
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);  // 时钟使能
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; // 选择中断向量
    }
    if (TIMx == TIM3)
    {
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);  // 时钟使能
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; // 选择中断向量
    }
    if (TIMx == TIM4)
    {
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);  // 时钟使能
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn; // 选择中断向量
    }
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;              // 定义定时器结构体
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = u16psc;               // 时基分频系数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = u16per;                  // 时基周期
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     // 时钟分频系数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);             // 初始化定时器

    TIM_ITConfig(TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE); // 使能更新中断

    // NVIC模块初始化
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    TIM_Cmd(TIMx, ENABLE); // 使能定时器
}

main.c

// 功能：使用通用定时器产生500ms的中断来对LED1进行闪烁

#include "myTIME.h"
#include "led.h"

int main()
{
	SysTick_Init(72);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 中断优先级分组 分 2 组

	LED_Init();
	MY_TIME_Init(TIM2, 36000 - 1, 1000); // 500ms

	while (1) // 保持应用程序不退出
	{
	}
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		LED2 = !LED2;
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		LED3 = !LED3;
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
	}
}

void TIM4_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		LED4 = !LED4;
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
	}
}

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