STM32中的EXTI外部中断详解：从基础概念到代码实现

STM32中的EXTI外部中断详解：从基础概念到代码实现

STM32的EXTI（外部中断）模块是管理外部中断的重要组件，通过EXTI，当外部信号发生变化时，可以触发中断，使CPU暂停当前正在运行的程序，转而处理中断事件，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续执行，极大地增强了单片机对外部事件响应的能力。本文将详细介绍STM32的EXTI外部中断的配置和使用方法，并提供详细的代码示例和图片说明。

STM32的EXTI外部中断介绍

STM32F10x 系列中的 EXTI 外部中断具有以下特点：

• 支持16 个中断线（EXTI0 ~ EXTI15）。
• 可以配置成上升沿触发、下降沿触发或双边沿触发。
• 每条中断线可以分别映射到不同的 GPIO 引脚。

中断系统

• 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。中断优先级是我们自己可以设置的。
• 中断嵌套：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。能否进行中断嵌套，也是由中断优先级来决定的。

外部中断工作原理

STM32 的 EXTI 外部中断模块基于 GPIO 管脚的电平变化来触发中断。通过配置 SYSCFG（系统配置控制器）寄存器，我们可以将某个 GPIO 引脚映射到指定的 EXTI 中断线上。随后，只需要在 NVIC（中断向量控制器）中使能对应的中断，就可以让单片机在发生外部事件时响应中断。

以下是 EXTI 外部中断的基本工作流程：

1. GPIO 引脚初始化：将目标引脚配置为输入模式。
2. EXTI 配置：指定中断触发条件（上升沿、下降沿或双边沿）。
3. SYSCFG 配置：将 GPIO 引脚映射到 EXTI 中断线上。
4. NVIC 配置：在 NVIC 中使能对应的中断优先级。
5. 编写中断服务函数：在中断触发时处理相应的逻辑。

NVIC基本结构

NVIC是什么东西呢？它是用来统一分配中断优先级和管理中断的，是一个内核外设。STM32的中断非常的多，如果把中断全部接到cpu上面，那么就需要额外引出许多的线，而且要是很多中断同时申请，可能会造成拥堵，如果把这些事情都交给cpu的话，就浪费了CPU的资源，所以NVIC就是用来管理这些的。像下图的这些中断都是接在NVIC上面的，但是输出给CPU的就一条线，就是NVIC通过管理之后的中断表，根据中断的优先级分配先后的顺序，这样CPU按照这个顺序来执行操作即可。

4.1 NVIC优先级分组

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。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。

EXTI基本结构

下面这个是EXTI外部中断的基本结构图，最左边是GPIO口的外设，每个GPIO外设都有16根线，但是EXTI也只有16个GPIO的通道，所以通道是不够用的，那么就需要AFIO来进行引脚的复用，AFIO其实就是一个数据选择器，可以从前面的GPIO外设里面选择一个连接到后面的EXTI通道，这也就是相同的Pin不能同时触发的原因。

经过AFIO选择之后的16个通道，会被接到EXTI边沿检测以及控制电路上，下面的一些其他外设也是并列接过来的，加起来一共是20个输入通道，经过这个模块之后，分为了两种输出，上面的这一部分接到了NVIC，用来触发中断。注意外部中断的9-5，以及15-10分到了一个通道里，为了节省NVIC的资源。

AFIO复用

• AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义
• 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
  这个结构比较简单，就是16个数据选择器，选择16个接到对应的EXTI上。

EXTI框图

首先EXTI框图的右下角就是20根输入线，输入线接入边沿检测电路，然后在上面的触发选择寄存器选择是上升沿触发还是下降沿触发，或者都触发，接着触发信号到达一个或门的输入端。

• 像这种弯月型的符号就是或门，就是凹进去的那一边可以有多个输入，但是凸出来的那一边只能有一个输出，执行或的逻辑，输入端有一个高电平1那么输出端就是高电平1，只有全部输入为低电平0输出才为低电平0.
• 下图还有一种馒头型的符号是与门，执行与的逻辑，输入端只要有低电平0输出就是低电平0，输入端全部是高电平1输出端才是高电平1.
• 还有一种非门的符号，如下图所示，只有一个输入和一个输出，执行非的逻辑，输出跟输入是完全相反的.
• 下图这个就是AFIO的数据选择器，是一个梯形，有多个输入和一个输出，在侧面有选择控制端，根据选择控制端的数据，从输入选择一个接到输出.
• 那么在下图是硬件触发和软件中断寄存器的值都接到了这个或门上，那么只要有一个是高电平1输出就是高电平1，所以EXTI支持的触发方式有4种，上升沿，下降沿，双边沿(上升沿和下降沿都触发)，软件触发。通过这个或门之后，触发信号分为两个方向，往上是触发中断，往下是触发事件。向上首先触发一个挂起寄存器，就相当于一个中断标志位，我们可以通过读取这个标志位来判断是哪个通道出发的中断。如果读取之后返回的是1，那么继续往左走，与中断屏蔽寄存器一起进入一个与门，最后到NVIC中断控制器。这个与门的作用在这里就是一个开关控制，这个中断屏蔽控制器给1那么请求挂起寄存器就是直接输出，也就是允许中断。如果给0无论请求挂起寄存器给什么都是0，不允许中断。下面那一路首先也是中断屏蔽寄存器来进行开关控制，最后通过一个脉冲发生器到其他外设，作用是给一个电平脉冲，用来触发其他外设的动作。框图中的20代表的是20根线，也就是20个通道，最上面就是外设接口和APB总线，可以通过总线访问这些寄存器。

EXTI 外部中断的详细函数讲解

在 STM32 的固件库或 HAL 库中，外部中断的配置和使用主要包括以下几个步骤：

1. GPIO 配置：将指定的 GPIO 引脚设置为外部中断模式。
2. EXTI 配置：配置触发条件（上升沿、下降沿或双边沿）。
3. NVIC 配置：使能中断，并配置优先级。
4. 中断服务函数：在中断发生时执行用户自定义操作。

8.1开启时钟并配置

首先需要使能GPIO和AFIO的时钟，以便后续配置GPIO引脚和复用功能。

/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);		//开启AFIO的时钟，外部中断必须开启AFIO的时钟

8.2配置GPIO引脚

将要使用的GPIO引脚配置为输入模式，同时使能外部中断线。

/*GPIO初始化*/
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);						//将PB14引脚初始化为上拉输入

8.3选择中断引脚

使用AFIO选择一个中断引脚，用来触发中断。

/*AFIO选择中断引脚*/
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);//将外部中断的14号线映射到GPIOB，即选择PB14为外部中断引脚

8.4配置EXTI线

选择要使用的中断线并配置其触发方式，例如上升沿触发、下降沿触发等。

EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;						//定义结构体变量
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;					//选择配置外部中断的14号线
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;					//指定外部中断线使能
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			//指定外部中断线为中断模式
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;		//指定外部中断线为下降沿触发
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);								//将结构体变量交给EXTI_Init，配置EXTI外设

8.5设置中断分组

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//配置NVIC为分组2
//即抢占优先级范围：0~3，响应优先级范围：0~3

8.6配置NVIC中断优先级

NVIC用于统一管理和分配中断优先级，每个中断通道都有16个可编程的优先等级。

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						//定义结构体变量
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;		//选择配置NVIC的EXTI15_10线
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;	//指定NVIC线路的抢占优先级为1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//指定NVIC线路的响应优先级为1
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设

8.7编写中断服务函数

中断函数都是固定的名字，我们可以在启动文件里面找到，由于我们选择的是14号通道，所以中断函数是15_10的这个函数。此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行。

这是一个中断函数的例子，我们可以先获取中断标志位，判断是不是14号线引起的中断，然后再执行任务。还需要注意的是中断标志位必须清除，不然中断一直在，程序会停这里。

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET)		//判断是否是外部中断14号线触发的中断
    {
        /*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 ++;					//计数值自增一次
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);		//清除外部中断14号线的中断标志位
                                                    //中断标志位必须清除
                                                    //否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死
    }
}

感谢大家的阅读，下期我给大家讲解TIM定时中断，希望大家三连支持一下。