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STM32 中断概念

介绍​

在嵌入式系统中，中断是一种非常重要的机制，它允许微控制器在执行主程序的同时，能够及时响应外部或内部事件。STM32微控制器中的中断机制使得系统能够高效地处理实时任务，例如按键输入、定时器溢出、通信数据接收等。

中断的核心思想是：当某个特定事件发生时，微控制器会暂停当前正在执行的程序，转而去执行与该事件相关的中断服务程序（ISR），执行完毕后再返回到原来的程序继续执行。

中断的工作原理​

中断的基本流程​

  1. 事件发生：某个外部或内部事件触发中断请求（例如按键按下、定时器溢出等）。
  2. 中断请求：中断请求被发送到中断控制器（NVIC，Nested Vectored Interrupt Controller）。
  3. 中断响应：如果中断被使能且优先级允许，微控制器会暂停当前任务，保存当前上下文（如程序计数器、寄存器等）。
  4. 执行中断服务程序（ISR）：微控制器跳转到预先定义的中断服务程序并执行。
  5. 中断返回：中断服务程序执行完毕后，恢复之前保存的上下文，继续执行主程序。

中断优先级​

STM32的中断控制器（NVIC）支持多级优先级。每个中断源都可以配置一个优先级，优先级高的中断可以打断优先级低的中断。优先级分为抢占优先级和子优先级，抢占优先级高的中断可以打断正在执行的低优先级中断。

配置STM32中断​

1. 使能中断源​

首先，需要使能具体的外设中断。例如，如果要使用外部中断（EXTI），需要配置GPIO引脚并启用EXTI中断。

c
// 使能GPIO时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

// 配置GPIO引脚为输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 配置EXTI中断
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line0;
EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; // 下降沿触发
EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);

2. 配置NVIC​

接下来，需要配置NVIC以启用中断并设置优先级。

c
// 配置NVIC
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; // 外部中断0
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 抢占优先级
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 子优先级
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

3. 编写中断服务程序（ISR）​

最后，编写中断服务程序来处理中断事件。

c
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
        // 处理中断事件
        // 例如，点亮LED
        GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);

        // 清除中断标志
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

实际应用案例​

按键中断控制LED​

假设我们有一个按键连接到GPIOA的引脚0，并且我们希望当按键按下时，点亮连接到GPIOC引脚13的LED。

  1. 配置GPIO和EXTI：如上文所示，配置GPIOA的引脚0为输入模式，并启用EXTI中断。
  2. 配置NVIC：启用EXTI0中断并设置优先级。
  3. 编写ISR：在中断服务程序中，点亮LED并清除中断标志。
c
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
        // 点亮LED
        GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);

        // 清除中断标志
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}
提示

在实际应用中，为了避免按键抖动，可以在ISR中加入延时或使用硬件去抖动电路。

总结​

中断是STM32微控制器中非常重要的机制，它使得系统能够高效地响应外部或内部事件。通过合理配置中断优先级和编写中断服务程序，可以实现复杂的实时任务处理。

附加资源​

练习​

  1. 尝试配置一个定时器中断，每隔1秒钟点亮一次LED。
  2. 修改按键中断程序，使得每次按键按下时，LED的状态切换（点亮或熄灭）。
警告

在编写中断服务程序时，尽量避免长时间的操作，以免影响系统的实时性。