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江科大STM32(2)：EXTI外部中断

发布时间 2023-11-23 11:26:17作者: xsgcumt

1、中断系统

 1.1 中断概念

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

 例如：

对于外部中断，引脚发生电平跳变；

对定时器来说，定时时间到了；

对串口通信来说，接收到了数据。

1.2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

1.3 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

 

 

 程序由硬件电路自动跳转到中断程序中；

中断满足时，程序暂停。

1.4 STM32的中断

68个可屏蔽中断通道（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。（NVIC就是STM32用来管理中断的，分配优先级的。

1.5 NVIC基本结构

 举个例子：

　　比如这个CPU是一个医生，如果医院只有医生的话，当看病的人很多时，医生就得安排一下先看谁后看谁，如果有紧急的病人，那还的让紧急的病人先来。这个安排先后次序的任务很繁琐，会影响医生看病的效率。

所以医院就安排了一个叫号系统NVIC，来病人了统一取号，并且根据病人的等级分配一个优先级，叫号系统看一下现在在排队的病人，优先叫号紧急的病人，最终叫号系统给医生输出的就是一个一个排好队的病人。

　　对于紧急的病人，其实有两种形式的优先，一种是，上一个病人在排队，外面排队了很多病人，当上一个病人看完后，紧急的病人即使是后来的，也会最先进去看病，这种相当于插队的优先级，就叫响应优先级，响应优先级高的，可以插队提前看病；

另外如果病人更加紧急，并且此时以及有人在看病了，那他还可以不等上个人看完，直接冲到医生的屋里，让上一个病人先靠边站，先给他看病，等他看完了，然后上一个病人再继续，这种是抢占优先级。

1.5.1 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

 2.EXTI中断

2.1 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（PA1和PB1不能同时使用）；
  • 通道数：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（申请中断，让CPU执行中断函数）/事件响应（当外部中断检测到引脚变化时，中断信号就不会通向CPU了，而是通到其他外设，用来触发其他外设的操作（ADC,DMA）)。

2.2 EXTI结构

 2.2.1 AFIO复用口

  • 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

3.实操案例

3.1 对射式红外传感器计次

3.1.1 实验

3..1.2 代码实现

 配置过程：

1）配置RCC,把涉及到的外设时钟都打开GPIOB,AFIO,(NVIC,EXIT)无需

2）配置GPIO，选择端口为输入模式

3）配置AFIO，选择我们用的GPIO连接到EXIT

4)配置EXIT，选择边沿触发方式，以及响应方式（中断响应）

5）配置NVIC，选择合适的优先级

最后，通过NVIC，外部中断信号进入CPU

 CounySensor.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t CountSensor_Count;

void CountSensor_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    
    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);
    
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);//AFIO
    
    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);
    
    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);
}

uint16_t CountSensor_Get(void)
{
    return CountSensor_Count;
}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)//中断处理函数
{
    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 ++;
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
    }
}

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);
    }
}

3.2 旋转编码器计次

3.2.1 实验

3.2.2 代码实现

Q:什么样的设备需要用到外部中断，使用外部中断的好处？

A:对于STM32，想要获取到信号是外部驱动的，很快的突发信号，比如旋转编码器的输出信号，它产生的信号是突发的，32只能被动读取，如果不及时就会错过许多信号，所以有脉冲过来，32立即进入中断处理函数。

旋转编码器介绍

  • 旋转编码器定义：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（正转：滞后90°；反转：超前90°）
  • 类型：机械触点式/霍尔传感器式/光栅式

接线图

 Encoder.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

int16_t Encoder_Count;

void Encoder_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);
    
    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);
    
    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);
}

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

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    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 --;
            }
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

void EXTI1_IRQHandler(void)
{
    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 ++;
            }
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
    }
}

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();
        OLED_ShowSignedNum(1, 5, Num, 5);
    }
}