STM32 中断编程入门

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目录

一、中断系统

1、中断的原理

2、中断类型

外部中断

定时器中断

DMA中断

3、中断处理函数

中断标志位清除

中断服务程序退出 

二、实际应用

中断控制LED 

任务要求

代码示例

中断控制串口通信

任务要求1

代码示例

任务要求2

代码示例

总结

学习目标：

学习stm32中断原理和开发编程方法，实现中断点亮LED灯；中断发送消息。

一、中断系统

STM32微控制器的中断系统是其功能强大和灵活性的重要组成部分。中断允许微控制器在执行主程序的同时，及时响应外部事件或内部条件的变化，从而实现高效的实时控制和数据处理。核心的中断控制器是NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller），负责管理和分发所有的中断请求，并支持优先级分组，使开发人员能够为不同的中断源设置不同的优先级。STM32支持多种类型的中断，包括外部中断、定时器中断、串口中断和DMA中断。每种中断类型都有特定的配置方式和中断服务程序编写规范，以确保及时和有效地处理相应的事件。中断使能和中断优先级设置是配置中断系统的关键步骤，同时需要编写高效的中断服务程序，以便快速响应并尽快恢复主程序的执行。这些特性使得STM32在广泛的嵌入式应用中表现出色，为实时控制和数据处理提供了强大支持。

1、中断的原理

下面通过一个生活中的例子，帮助更好的去理解中断：

STM32 中断编程入门

可以看到图中，由最开始的看书，转到最后的去卫生间，这个过程中，看书就受到了中断。我们将看书看作主程序，快递电话、肚子疼视为中断源，取快递和去卫生间视为中断服务程序 ，但是通过箭头可以看到，最后还是返回到了看书的 “主程序” ，所以，中断还存在返回，我们叫做中断返回。

在计算机中，执行程序过程中，当出现异常情况（断电等）或特殊请求（数据传输等）时，计算机暂停现行程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求进行处理，处理完毕后再返回到现行程序的中断处，继续执行原程序，这就是“中断”。

中断的主要处理流程为：中断请求——>中断响应——>中断服务——>中断返回

中断请求：中断请求是中断源向CPU发出中断请求信号，此时中断控制系统的中断请求寄存器被置位，向CPU请求中断

中断响应：CPU的中断系统判断中断源的中断请求是否符合中断响应条件，如果符合条件，则暂时中断当前程序并控制程序跳转到中断服务程序

中断服务：为处理中断而编写的程序称为中断服务程序，是由开发人员针对具体中断所要实现的功能进行设计和编写的，需要由开发人员来实现

中断返回：CPU退出中断服务程序，返回到中断请求响应之前被中止的位置继续执行主程序。这部分操作同样由硬件来实现，不需要开发人员进行处理

STM32 中断编程入门

 当发生了异常或中断，内核要想响应这些异常或中断，就需要知道这些异常或中断的服务程序的入口地址，再由入口地址找到相应的中断服务程序，由中断入口地址组成的表称作中断向量表（如下图）。

STM32 中断编程入门

STM32中断系统的结构和工作原理如下：

中断请求来源：STM32的中断请求可以来自外部和内部两个方面。外部中断是由GPIO口引脚的电平或边沿信号变化触发，而内部中断通常是由硬件模块（如定时器、ADC）或软件产生的。

NVIC控制器：在STM32中，所有中断请求都由NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）控制器进行管理和调度。NVIC是一个基于向量表的中断控制器，通过优先级和向量表来实现对中断请求的管理。

中断分组：STM32将中断分为多个组别，每个组别包含一组中断请求。不同组别的中断请求可以具有不同的优先级，并且可以使用优先级抢占和屏蔽机制来确保系统的实时性和可靠性。STM32中断分组方式可选为0~4个前缀，用于设定中断优先级组和亚组。

中断服务程序：当中断事件发生后，CPU会暂停当前任务并跳转到相应的中断服务程序，处理该事件。中断服务程序通常包括以下几个步骤：保存CPU寄存器的值（包括堆栈指针、程序计数器等）处理中断请求（根据外部或内部中断的类型进行相应的处理，如清除标志位、读取数据等操作）执行用户自定义代码（根据实际需求执行用户自定义的代码段）恢复CPU寄存器的值（将保存在堆栈中的寄存器值恢复到其原始状态，以便CPU继续执行之前的任务）

中断优先级：STM32中，所有中断请求都具有唯一的编号（IRQn），并且可以根据编号和中断分组方式确定其优先级。优先级高的中断可以打断正在执行的低优先级中断，从而确保系统的实时性和可靠性。如果多个中断请求的优先级相同，则可以使用优先级抢占机制来确定响应顺序

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2、中断类型

外部中断

EXTI（外部中断/事件控制器）支持19个外部中断/事件请求，每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽设置，具有中断模式和事件模式两种设置模式。

其是一种通过配置GPIO引脚并使用EXTI线路实现的事件处理机制。在初始化GPIO引脚为输入并设置相应的中断触发方式后，可以通过编写中断服务程序来响应外部事件。例如，配置GPIO引脚为上升沿触发，当引脚接收到上升沿信号时，会触发预先定义的中断服务程序，以便快速处理事件。这种机制使得STM32能够高效地监听和响应外部触发事件，广泛应用于各种应用场景中。

STM32 中断编程入门

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  • 输入线：EXTI有19个中断/事件输入线，这些输入线可以通过寄存器设置为任意一个GPIO,也可以是一些外设事件。
  • 边沿检测电路：它会根据上升沿触发选择寄存器（EXTI_RTSR）和下降沿出发选择器（EXTI_FTSR）对应的设置来控制信号触发。

    上升沿触发选择寄存器：要配置STM32微控制器的外部中断以在上升沿触发时响应，首先需通过GPIO的配置寄存器（如GPIOxCRH或GPIOxCRL）将相应引脚设置为输入模式。接着，在EXTIx_RTSR寄存器中设置相应的位来使能对应的外部中断线x的上升沿触发。最后，在NVIC中使能对应外部中断的中断处理。这些步骤确保了当引脚接收到上升沿信号时，系统能够及时调用预定义的中断服务程序来处理事件。

    下降沿触发选择寄存器：要配置STM32微控制器的外部中断以在下降沿触发时响应，首先需通过GPIO的配置寄存器（如GPIOx_CRH或GPIOx_CRL）将相应引脚设置为输入模式。接着，在EXTIx_FTSR寄存器中设置相应的位来使能对应的外部中断线x的下降沿触发。最后，在NVIC中使能对应外部中断的中断处理。这些步骤确保了当引脚接收到下降沿信号时，系统能够及时调用预定义的中断服务程序来处理事件。

    GPIO的中断是以组为单位的，同组的外部中断公用一条外部中断线。    

    例如：PA0、PB0、PC0、PD0、PE0、PF0、PG0这些为一组，如果使用PA0作为外部中断源，那么PB0、PC0、PD0、PE0、PF0、PG0就不能同时再作为外部中断使用了，在此情况下，只能使用类似于PB1、PC2这种末端序号不同的外部中断源。

    GPIO引脚和外部中断线的映射关系图如下：

    STM32 中断编程入门

    定时器中断

    STM32微控制器的定时器是关键的外设，用于生成精确的时间延迟和周期性任务。通过选择合适的定时器类型（如通用定时器TIM或基本定时器TIM6/TIM7），配置工作模式和中断触发条件，可以实现定时器中断功能。配置过程包括设置时钟源、计数器初值和自动重装载寄存器，以及使能中断并编写相应的中断服务程序。这些步骤确保了定时器可以在达到预设计数值时产生中断请求，从而实现精确的时间控制和周期性任务执行，适用于实时操作系统、通信协议和其他时间敏感应用。

    要配置STM32微控制器的定时器中断，首先选择适合需求的定时器（如TIM1、TIM2等），配置其工作模式、时钟源和计数周期。通过使能定时器中断控制寄存器中的更新中断位（UIE），允许定时器溢出时产生中断请求。

    • 时钟和预分频设置：选择适当的时钟源和预分频器，以确定定时器的计数频率。
    • 计数器设置：设置定时器的计数器初值和自动重装载寄存器（ARR），确定定时器的计数周期。
    • 中断使能：通过使能定时器中断使能寄存器中的相应中断使能位（如UIE），允许定时器溢出时产生中断请求。

      然后编写中断服务程序来处理定时器中断事件，包括清除中断标志、执行特定的定时任务并重新配置定时器。最后，确保在主程序中使能全局中断，以确保定时器中断能够正常触发和处理。这些步骤能够有效配置和利用STM32定时器中断功能，用于实现各种时间相关的应用和功能需求。

      DMA中断

       在STM32微控制器中，DMA（直接存储器访问）提供了高效的数据传输机制，允许外设和内存之间直接交换数据，无需CPU的干预，从而提升系统效率和响应速度。DMA传输完成时可触发中断通知CPU，通过使能DMA中断并配置中断服务程序，可以实现在数据传输完成时执行额外操作或启动后续任务，适用于实时数据处理、高速数据采集和图形显示等应用场景，有效优化系统性能和数据处理效率。

      3、中断处理函数

      STM32 中断编程入门

      中断标志位清除

      void EXTI0_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET)
	{
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
		// 接中断服务程序代码
	}
}

      中断服务程序退出 

      void EXTI0_IRQHandler(void)
{
	if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET)
	{
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
		// 接中断服务程序代码
	}
	NVIC_ClearPendingIRQ(EXTI0_IRQn);

      二、实际应用

      中断控制LED 

      任务要求

      用stm32F103核心板的GPIOA端一管脚接一个LED，GPIOB端口一引脚接一个开关（用杜邦线模拟代替）。采用中断模式编程，当开关接高电平时，LED亮灯；接低电平时，LED灭灯。如果完成后，尝试在main函数while循环中加入一个串口每隔1s 发送一次字符的代码片段，观察按键中断对串口发送是否会带来干扰或延迟。

      代码示例

      LED.c

      #include "stm32f10x.h"                  // Device header
 
/**
  * 函    数：LED初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void LED_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);		//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);		
 
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}

       exti_key.c

      #include "exti_key.h"
#include "misc.h"
 
void EXTI_Key_Init(void)
{   
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; // 使用 B 口的引脚 1
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn; // 使用与 GPIOB 引脚 1 相关的外部中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);  
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1); // 将 GPIOB 和引脚 1 配置为外部中断
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line1;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}

      main.c

      #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "LED.h"
#include "exti_key.h"
 
int main(void)
{
	LED_Init();
    GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);
	EXTI_Key_Init();
 
	while (1)
	{
	}
}
//void EXTI1_IRQHandler(void)
//{
//    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET)
//    {
//        GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,(BitAction)((1-GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0))));
//        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
//    }
//}
//两种方法
uint8_t led = 1;
 
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
      if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET)
      {
		led = ~led; //状态翻转
        //如果等于1，则PB1复位点亮，否则置1熄灭
        if(led == 1)
            GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);
        else
            GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);    
     }
     EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1); //清除EXTI1的中断标志位
}

      即可实现中断控制LED灯亮灭。

      中断控制串口通信

      任务要求1

      当stm32接收到1个字符“s”时，停止持续发送“hello windows!”; 当接收到1个字符“t”时，持续发送“hello windows!”

      代码示例

      #include "stm32f10x.h"
#include "misc.h"
#include 
 
volatile uint8_t send_enabled = 0;  // 全局变量，控制发送行为
 
void USART_Configuration(void) {
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 
    // 打开 GPIO 与 USART 端口的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
 
    // 配置 USART1 Tx (PA.09) 为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
 
    // 配置 USART1 Rx (PA.10) 为浮空输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
 
    // 配置 USART 参数
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
 
    // 使能 USART
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
 
    // 使能接收中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
 
    // 配置 NVIC
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
 
void USART1_IRQHandler(void) {
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        char data = USART_ReceiveData(USART1);
        if(data == 's') {  // 接收到 's' 停止发送
            send_enabled = 0;
        } else if (data == 't') {  // 接收到 't' 开始发送
            send_enabled = 1;
        }
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    }
}
 
void Delay(__IO uint32_t nCount) {
    for(; nCount != 0; nCount--);
}
 
int main(void) {
    SystemInit();
    USART_Configuration();
 
    char *str = "hello windows!\r\n";
    while(1) {
        if(send_enabled) {
            for(uint32_t i = 0; i  

      任务要求2
       

      当stm32接收到字符“stop stm32!”时，停止持续发送“hello windows!”; 当接收到字符“go stm32!”时，持续发送“hello windows!”(提示：要将接收到的连续字符保存到一个字符数组里，进行判别匹配。写一个接收字符串的函数。）
       

      代码示例
       

      NVIC.c
       

      #include "stm32f10x.h"                  // Device header
 
 
void NVIC_Configuration(void) {
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
 
       

      Serial.c
       

      #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include 
#include 
 
/**
  * 函    数：串口初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Serial_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
 
    // USART Tx (PA.09) 配置为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
 
    // USART Rx (PA.10) 配置为浮空输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
 
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
 
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 开启接收中断
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
       

      main.c
       

      #include "stm32f10x.h"
#include "misc.h"
#include 
#include "Delay.h"
#include "Serial.h"
#include "NVIC.h"
 
 
#define BUFFER_SIZE 100
volatile char buffer[BUFFER_SIZE];
volatile int buffer_index = 0;
volatile int send_enabled = 0;
 
 
void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        char data = (char)USART_ReceiveData(USART1);
        if (buffer_index  

      最后使用串口助手即可（野火以及其他串口助手均可）。
       

      总结
       

      本章内容理解上不存在太多有问题的地方，对于中断的理解更像是正51单片机的另一个翻版，对于实践过程中的问题，远远多于理论理解，关于软件的操作，环境的配置，串口的调试运行，都是之前学习的逐渐累积，在学习上，没有一蹴而就，要脚踏实地，做好每一步，才可以更好更快，更高效率完成任务。
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