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STM32学习笔记：外部中断(EXTI)原理与应用详解

news 2025/6/28 5:55:24

前言

在嵌入式系统开发中，中断机制是提高系统实时性和效率的重要手段。相比传统的51单片机，STM32微控制器提供了更为丰富和灵活的外部中断资源。本文将全面介绍STM32的外部中断(EXTI)功能，包括其工作原理、配置方法和实际应用技巧。

一、外部中断概述

外部中断(EXTI, External Interrupt/Event Controller)是STM32中用于处理外部信号变化的重要外设，它位于APB2总线上。在STM32F1系列中，共有20个EXTI线。

中断与查询的对比：

查询方式：就像不断查看水是否烧开，CPU需要持续轮询状态，效率低下
中断方式：如同使用带提醒功能的水壶，水开时自动通知，CPU可处理其他任务

EXTI不仅能产生中断，还能产生事件，二者区别在于：

中断：会触发CPU执行中断服务程序(软件行为)
事件：直接触发其他外设工作(硬件行为)，如启动ADC转换或定时器计数

二、STM32外部中断系统架构

1. 外部中断线分配

STM32F10x系列的EXTI控制器具有以下特点：

供GPIO使用的中断线：16个(EXTI0~EXTI15)
专用中断线：4个(EXTI16~EXTI19)，分别连接到：
- EXTI16：PVD输出
- EXTI17：RTC闹钟事件
- EXTI18：USB唤醒事件
- EXTI19：以太网唤醒事件(仅互联型产品)

GPIO引脚与EXTI线的映射关系如下：

每个GPIO端口的Pin x都连接到EXTIx线
例如：PA0、PB0、PC0…都连接到EXTI0线

2. 功能框图分析

在这里插入图片描述

3. 中断向量表

STM32的中断向量表中与EXTI相关的中断有：

中断向量	描述
EXTI0_IRQn	EXTI线0中断
EXTI1_IRQn	EXTI线1中断
EXTI2_IRQn	EXTI线2中断
EXTI3_IRQn	EXTI线3中断
EXTI4_IRQn	EXTI线4中断
EXTI9_5_IRQn	EXTI线[9:5]中断
EXTI15_10_IRQn	EXTI线[15:10]中断

4. 中断优先级配置

STM32使用NVIC管理中断优先级，配置步骤：

设置优先级分组(NVIC_PriorityGroupConfig)
为每个中断通道配置抢占优先级和子优先级

示例配置：

static void EXTI_NVIC_Config(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 配置优先级分组(组0: 0位抢占优先级, 4位子优先级)NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);// 配置EXTI0中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

三、外部中断库函数开发

1. 配置流程

开启时钟：GPIO和AFIO时钟
初始化GPIO：设置为输入模式
配置EXTI线：选择触发边沿和模式
配置NVIC：设置中断优先级
编写中断服务函数：处理中断并清除标志

2. 代码实现

头文件定义 (bsp_key.h)：

#ifndef __BSP_KEY_H
#define __BSP_KEY_H// 按键A(PA0)配置
#define KEYA_INT_GPIO_PIN         GPIO_Pin_0
#define KEYA_INT_GPIO_PORT        GPIOA
#define KEYA_INT_GPIO_CLK         (RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO)
#define KEYA_INT_EXTI_Mode        EXTI_Mode_Interrupt
#define KEYA_INT_EXTI_Line        EXTI_Line0
#define KEYA_INT_EXTI_TRIGGER     EXTI_Trigger_Rising
#define KEYA_INT_EXTI_IRQChanned  EXTI0_IRQn
#define KEYA_INT_EXTI_PinSource   GPIO_PinSource0// 按键C(PC13)配置
#define KEYC_INT_GPIO_PIN         GPIO_Pin_13
#define KEYC_INT_GPIO_PORT        GPIOC
#define KEYC_INT_GPIO_CLK         (RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_AFIO)
#define KEYC_INT_EXTI_Mode        EXTI_Mode_Interrupt
#define KEYC_INT_EXTI_Line        EXTI_Line13
#define KEYC_INT_EXTI_TRIGGER     EXTI_Trigger_Falling
#define KEYC_INT_EXTI_IRQChanned  EXTI15_10_IRQn
#define KEYC_INT_EXTI_PinSource   GPIO_PinSource13#endif

EXTI初始化函数：

void EXTI_Key_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;// 1. 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(KEYA_INT_GPIO_CLK, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(KEYC_INT_GPIO_CLK, ENABLE);// 2. 配置GPIOGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEYA_INT_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(KEYA_INT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEYC_INT_GPIO_PIN;GPIO_Init(KEYC_INT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);// 3. 配置EXTI线GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, KEYA_INT_EXTI_PinSource);EXTI_InitStructure.EXTI_Line = KEYA_INT_EXTI_Line;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = KEYA_INT_EXTI_Mode;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = KEYA_INT_EXTI_TRIGGER;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC, KEYC_INT_EXTI_PinSource);EXTI_InitStructure.EXTI_Line = KEYC_INT_EXTI_Line;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = KEYC_INT_EXTI_TRIGGER;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);// 4. 配置NVICEXTI_NVIC_Config();
}

中断服务函数：

// EXTI0中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET){LED_Toggle();  // 处理中断EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);  // 清除中断标志}
}// EXTI15-10中断服务函数
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line13) != RESET){LED_Toggle();EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line13);}
}

3. 共享中断线问题探讨

问题：多个GPIO引脚(如PA0、PB0、PC0)共享同一条EXTI线(EXTI0)，能否同时使用？

理论分析：

硬件上，同一时间只能有一个EXTI线配置生效
可通过软件方式实现"共享"：
- 在中断服务函数中读取所有相关GPIO的状态
- 根据电平变化判断具体是哪个引脚触发的中断

实现尝试：

void EXTI0_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)){// 检查PA0if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == Bit_SET){// 处理PA0中断}// 检查PB0if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == Bit_RESET){// 处理PB0中断}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);}
}