tags: [source-summary] type: source source: "尚硅谷嵌入式技术之STM32单片机（基础篇）V1.0.2 — 第7章：按键与中断系统 + 配套代码05~06" author: "尚硅谷研究院" date: 2026-07-15

created: 2026-07-15

GPIO输入与NVIC中断系统

用生活理解：中断就像你正在写代码，突然电话响了——你暂停写代码、接电话、处理完、挂电话、继续写代码。按键中断就是"按键按下 → 暂停主程序 → 处理按键 → 恢复主程序"。NVIC 就像一个智能电话秘书，知道哪个电话更重要、该先接哪个。

中断系统概述

为什么需要中断

如果没有中断，CPU 只能轮询检测按键状态——就像一直盯着电话看它响不响，浪费 CPU 时间。中断机制允许外设在需要时主动通知 CPU，CPU 不用一直等。

STM32中断体系架构

STM32F103 的中断体系由两部分组成：

部件	功能	参考手册章节
NVIC (嵌套向量中断控制器)	中断优先级管理、使能/屏蔽	§8 NVIC
EXTI (外部中断/事件控制器)	管理 GPIO 引脚的边沿检测与中断请求	§9 EXTI

中断响应过程：

GPIO引脚电平变化 → EXTI检测边沿 → NVIC判断优先级 → CPU暂停当前任务
→ 跳转到中断向量表 → 执行中断服务函数(ISR) → 返回主程序

中断优先级

NVIC 支持 16 级可编程中断优先级（0 最高，15 最低）。

优先级分组：4 位优先级可拆分为"抢占优先级 + 子优先级"

分组	分配	抢占优先级位数	子优先级位数
NVIC_PriorityGroup_0	0位抢占 + 4位子优先	0	4
NVIC_PriorityGroup_1	1位抢占 + 3位子优先	2级	8级
NVIC_PriorityGroup_2	2位抢占 + 2位子优先	4级	4级
NVIC_PriorityGroup_3	3位抢占 + 1位子优先	8级	2级
NVIC_PriorityGroup_4	4位抢占 + 0位子优先	16级	0

规则：抢占优先级高的可以打断低的；相同抢占优先级下，子优先级高的先执行但不打断。

EXTI 外部中断

STM32F103 有 20 个 EXTI 通道（EXTI0~EXTI19），每个 GPIO 引脚都可以配置为 EXTI 输入。

EXTI配置流程：

1. GPIO配置(输入模式) → 2. AFIO选择中断线 → 3. EXTI配置(触发边沿+使能) → 4. NVIC配置(优先级+使能)

EXTI 关键寄存器：

寄存器	功能	位说明
IMR	中断屏蔽寄存器	1=允许中断请求，0=禁止
EMR	事件屏蔽寄存器	1=允许事件请求，0=禁止
RTSR	上升沿触发选择	1=允许上升沿触发
FTSR	下降沿触发选择	1=允许下降沿触发
SWIER	软件中断事件寄存器	写1=软件触发中断
PR	挂起寄存器	1=有中断请求，写1清除

参考：参考手册 §9（EXTI 寄存器描述）+ §8（NVIC 寄存器描述）

按键输入硬件电路

开发板上有 4 个按键：

按键	对应引脚	连接方式	按下时电平
KEY_UP (SW4)	PF10	上拉输入	低变高
KEY_1 (SW2)	？	外部电路	取决于设计
KEY_2	？	外部电路	取决于设计
KEY_3 (SW5)	PF10？	上拉输入	低变高

说明：PF10 对应的 KEY 为上拉输入模式——按键未按下时 PF10=低（下拉到GND），按下时 PF10=高（上拉到 VCC）。

消抖：机械按键在按下/释放瞬间会产生约 5~10ms 的抖动（电平快速跳变），需要软件消抖：

理想波形: __┃┃________
实际波形: __┃_┃_┃┃_┃_┃____  ← 抖动
软件消抖: 检测到边沿 → 等待15ms → 再次确认电平

实验：按键控制LED（中断方式）

需求描述

按下 KEY_1（PF10），翻转 LED1 的开关状态。使用外部中断 EXTI15_10 实现。

软件设计（寄存器版）

项目路径：stm32/05_key_led_register

文件：stm32/05_key_led_register/Hardware/KEY/key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

#include "stm32f10x.h"

void KEY_Init(void);

#endif

文件：stm32/05_key_led_register/Hardware/KEY/key.c

#include "key.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"

// KEY初始化：配置PF10为上拉输入 + EXTI中断
void KEY_Init(void)
{
    /* ========== 1. 开启时钟 ========== */
    // GPIOF时钟（操作PF10需要）
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPFEN;     // |=: IOPFEN位置1
    // AFIO时钟（配置中断线重映射需要）
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;     // |=: AFIOEN位置1

    /* ========== 2. 配置PF10为上拉输入 ========== */
    // MODE10[1:0] = 00 → 输入模式
    GPIOF->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10;          // &=~: MODE10位清0
    // CNF10[1:0] = 10 → 上拉/下拉输入
    GPIOF->CRH |= GPIO_CRH_CNF10_1;           // |=: CNF10_1位置1
    GPIOF->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF10_0;         // &=~: CNF10_0位清0
    // 开启上拉电阻（ODR对应位置1 = 上拉）
    // PF10 ODR位=1 → 上拉；ODR位=0 → 下拉
    GPIOF->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR10;            // 选择下拉（按键未按时低电平）

    /* ========== 3. AFIO选择EXTI中断线 ========== */
    // EXTI10连接到PF10（EXTICR[2]的第8~11位控制EXTI10~EXTI13）
    AFIO->EXTICR[2] |= AFIO_EXTICR3_EXTI10_PF;

    /* ========== 4. 配置EXTI ========== */
    // RTSR: 上升沿触发选择寄存器 — PF10从低变高（按键按下）时触发
    EXTI->RTSR |= EXTI_RTSR_TR10;            // |=: EXTI10上升沿触发使能
    // IMR: 中断屏蔽寄存器 — 允许EXTI10产生中断
    EXTI->IMR |= EXTI_IMR_MR10;              // |=: EXTI10中断不屏蔽

    /* ========== 5. 配置NVIC ========== */
    // 设置优先级分组为Group_3：3位抢占(8级) + 1位子优先(2级)
    NVIC_SetPriorityGrouping(3);
    // 设置EXTI15_10中断的抢占优先级=2
    NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 2);
    // 使能EXTI15_10中断通道
    NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);
}

// EXTI15_10中断服务函数（10~15共用一个中断入口）
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    /* 1. 清除中断标志位 */
    // PR寄存器的对应位写1清除挂起标志
    // 如果不清除，退出中断后立即再次进入
    EXTI->PR |= EXTI_PR_PR10;               // |=: PR10写1清除

    /* 2. 软件消抖 */
    Delay_ms(15);   // 等待15ms避开抖动期

    /* 3. 再次确认按键确实按下 */
    // 读取IDR判断PF10是否仍为高电平（屏蔽状态）
    if ((GPIOF->IDR & GPIO_IDR_IDR10) != 0) // &测试: IDR10位是否为1
    {
        // 翻转LED1状态
        LED_Toggle(LED1);
    }
}

文件：stm32/05_key_led_register/User/main.c

#include "key.h"
#include "led.h"

int main(void)
{
    LED_Init();     // LED初始化
    KEY_Init();     // KEY初始化（含中断配置）

    while (1)
    {
        // 主循环什么都不用做，等待中断发生
        // 按键按下 → EXTI中断 → ISR翻转LED → 返回继续等
    }
}

软件设计（HAL库版）

项目路径：stm32/06_key_led_hal

CubeMX 配置要点：

PF10 配置为 GPIO_EXTI10 + GPIO_PULLUP（上拉输入）
NVIC 中使能 EXTI15_10_IRQn
在 stm32f1xx_it.c 的 EXTI15_10_IRQHandler() 中添加用户代码

HAL 库中断处理流程：

外部中断 → HAL库的 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler() 调用
→ HAL_GPIO_EXTI_Callback() → 用户重写Callback函数

文件：stm32/06_key_led_hal/Core/Src/main.c（用户代码部分）

/* USER CODE BEGIN 0 */
// HAL库的中断回调函数（由HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler调用）
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == KEY1_Pin)   // 判断是哪个引脚触发的中断
    {
        HAL_Delay(15);                          // 消抖
        if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_SET) // 再次确认
        {
            HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin); // 翻转LED
        }
    }
}
/* USER CODE END 0 */

对比寄存器版：HAL 库将中断的底层操作（PR清除、中断线判断）封装在 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler 中，用户只需要重写 Callback 函数。

核心函数速查表

寄存器版

函数/操作	代码	说明
KEY初始化	`KEY_Init()`	时钟+GPIO+AFIO+EXTI+NVIC
清除中断标志	`EXTI->PR	= EXTI_PR_PR10`
读取引脚	`GPIOF->IDR & GPIO_IDR_IDR10`	&测试：测量PF10电平
软件消抖	`Delay_ms(15)`	避开机械抖动期

HAL库版

HAL函数	说明
`HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, pin)`	读取引脚电平
`HAL_GPIO_TogglePin(GPIOx, pin)`	翻转引脚电平
`HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(pin)`	EXTI中断入口（清标志+调Callback）
`HAL_GPIO_EXTI_Callback(pin)`	用户重写的回调函数

NVIC函数（core_cm3.h）

函数	说明
`NVIC_EnableIRQ(IRQn)`	使能中断通道
`NVIC_DisableIRQ(IRQn)`	禁止中断通道
`NVIC_SetPriority(IRQn, priority)`	设置中断优先级
`NVIC_SetPriorityGrouping(group)`	设置优先级分组

常见问题与避坑

中断不触发 → 检查 NVIC 是否使能、EXTI IMR 是否允许、GPIO 模式是否正确（不能是模拟输入）
中断反复触发 → EXTI 的 PR 标志位未清除（必须写1清除）
按键抖动导致误触发 → 加软件延时消抖（10~15ms）
高了优先级的任务被卡死 → 中断服务函数要尽量简短（只设标志位，不处理复杂逻辑）
多个中断共用一个入口 → 在 ISR 中判断 PR 寄存器的不同位区分来源
HAL 库中中断不工作 → 检查 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler 是否在启动文件中正确注册

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