05-EXTI外部中断

中断系统概念

PPT 参考图 -- 中断系统与执行流程

graph TD
    subgraph NORMAL
        A["主程序<br/>Task A"] --> B["Task B"]
    end
    
    subgraph INTERRUPT
        IRQ["中断请求<br/>(硬件事件)"] --> SAVE["保存现场<br/>(自动压栈)"]
        SAVE --> SERVICE["中断服务函数<br/>ISR"]
        SERVICE --> RESTORE["恢复现场<br/>(出栈)"]
        RESTORE --> RETURN["返回主程序"]
    end
    
    NORMAL --> IRQ
    RETURN --> NORMAL

关键术语

术语	说明
中断	CPU 暂停当前任务，处理紧急事件
中断优先级	决定多个中断同时触发时的响应顺序
中断嵌套	高优先级中断可以打断低优先级中断服务函数
向量表	存储所有中断函数入口地址的表（位于 0x08000000 起始）
尾链(Tail Chaining)	Cortex-M3 优化：两个中断连续进出时省去多余出栈入栈

STM32 中断架构

PPT 参考图 -- STM32中断与NVIC

特性	STM32F103
可屏蔽中断通道	68 个
可编程优先级	16 级 (4bit)
固定优先级	中断号越小优先级越高
系统异常	8 个 (Reset, NMI, HardFault, MemManage, BusFault, UsageFault, SVCall, PendSV, SysTick)
外部中断	EXTI0~EXTI15 (16 条线)

NVIC 优先级分组

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

分组宏	抢占位	子优先级位	抢占级数	子优先级数
`NVIC_PriorityGroup_0`	0	4	1	16
`NVIC_PriorityGroup_1`	1	3	2	8
`NVIC_PriorityGroup_2`	2	2	4	4
`NVIC_PriorityGroup_3`	3	1	8	2
`NVIC_PriorityGroup_4`	4	0	16	1

建议：全系统只用一种分组，在 main() 入口配置一次。推荐 NVIC_PriorityGroup_2。

中断抢占规则

抢占优先级不同 → 高抢占优先级的先响应，可打断低优先级
抢占优先级相同、子优先级不同 → 不能嵌套，等当前 ISR 执行完再响应
抢占、子优先级都相同 → 按中断号排队（号小先响应）

EXTI 基本结构

PPT 参考图 -- EXTI简介与结构框图

graph TD
    subgraph GPIO_PINS
        PA0["PA0"]
        PB0["PB0"]
        PC0["PC0"]
        PA1["PA1"]
        PB14["PB14"]
        PE0["PE0"]
    end
    
    subgraph AFIO
        AFIO_MUX["AFIO 中断引脚选择"]
    end
    
    subgraph EXTI
        EXTI0["EXTI0"]
        EXTI1["EXTI1"]
        EXTI14["EXTI14"]
    end
    
    subgraph NVIC
        NVIC0["NVIC EXTI0_IRQn"]
        NVIC1["NVIC EXTI1_IRQn"]
        NVIC9_5["NVIC EXTI9_5_IRQn"]
        NVIC15_10["NVIC EXTI15_10_IRQn"]
    end
    
    subgraph CORE
        CPU["Cortex-M3"]
    end
    
    PA0 --> AFIO_MUX --> EXTI0 --> NVIC0 --> CPU
    PB0 --> AFIO_MUX --> EXTI0
    PC0 --> AFIO_MUX --> EXTI0
    PA1 --> AFIO_MUX --> EXTI1 --> NVIC1 --> CPU
    PB14 --> AFIO_MUX --> EXTI14 --> NVIC9_5 --> CPU
    PE0 --> AFIO_MUX --> EXTI0

详细工作原理

外部信号从 GPIO 引脚到 CPU 响应的完整信号链：

GPIO 引脚：外部信号到达物理引脚，经过保护二极管和上拉/下拉电阻后进入施密特触发器（输入模式下）
AFIO 路由选择：每个 EXTI 线只能连接一个 GPIO 引脚（如同组 PA0/PB0/PC0 中选一个），通过 GPIO_EXTILineConfig 配置 AFIO_EXTICRx 寄存器的相应位段
EXTI 边沿检测：经过选择的信号进入 EXTI 模块，分别送入上升沿检测器和下降沿检测器。用户通过配置 EXTI_RTSR（上升沿触发选择寄存器）和 EXTI_FTSR（下降沿触发选择寄存器）选择触发方式。边沿检测器在检测到配置的边沿时产生脉冲
挂起寄存器 PR：边沿脉冲将 EXTI_PR（挂起寄存器）对应位置 1，此位保持 1 直到软件写入 1 清除（写 1 清零机制）
中断与事件模式选择：
- 中断模式：PR 信号 → AND 门（受 IMR 使能控制）→ NVIC 中断控制器
- 事件模式：PR 信号 → AND 门（受 EMR 使能控制）→ 脉冲发生器 → 触发其他外设（如定时器、ADC），不通知 CPU
NVIC 中断控制器：根据中断优先级仲裁，向 CPU 核发出 IRQ 请求
CPU 响应：Cortex-M3 自动完成——入栈（压入 xPSR、PC、LR、R12、R3~R0 共 8 个寄存器）→ 从向量表取出 ISR 地址 → 跳转执行 → 执行 ISR → 出栈 → 恢复现场

中断响应全过程时钟周期：

入栈：12 个周期（尾链优化时仅 6 个周期）
取向量：3 个周期
出栈：12 个周期
尾链（两个中断连续进入）：省去多余出栈入栈，共节省 12 个周期

中断线分配

EXTI 线	中断号	NVIC 通道	IRQHandler
EXTI0	6	`EXTI0_IRQn`	`EXTI0_IRQHandler`
EXTI1	7	`EXTI1_IRQn`	`EXTI1_IRQHandler`
EXTI2	8	`EXTI2_IRQn`	`EXTI2_IRQHandler`
EXTI3	9	`EXTI3_IRQn`	`EXTI3_IRQHandler`
EXTI4	10	`EXTI4_IRQn`	`EXTI4_IRQHandler`
EXTI5~9	23	`EXTI9_5_IRQn`	`EXTI9_5_IRQHandler`
EXTI10~15	40	`EXTI15_10_IRQn`	`EXTI15_10_IRQHandler`

EXTI5-9 共用中断函数 EXTI9_5_IRQHandler，需在函数内判断 EXTI_GetITStatus(EXTI_Line5) ~ EXTI_GetITStatus(EXTI_Line9)。 EXTI10-15 共用 EXTI15_10_IRQHandler，同理。

EXTI 输入线选择

// 将 PB14 连接到 EXTI14
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);

API 表格

EXTI 初始化

void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);

EXTI_InitTypeDef 成员	取值	说明
`EXTI_Line`	`EXTI_Line0` ~ `EXTI_Line15`	中断线
`EXTI_Mode`	`EXTI_Mode_Interrupt` / `EXTI_Mode_Event`	中断模式 / 事件模式
`EXTI_Trigger`	`EXTI_Trigger_Rising` / `EXTI_Trigger_Falling` / `EXTI_Trigger_Rising_Falling`	触发方式
`EXTI_LineCmd`	`ENABLE` / `DISABLE`	使能

NVIC 初始化

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);

NVIC_InitTypeDef 成员	取值	说明
`NVIC_IRQChannel`	`EXTI0_IRQn` 等	中断通道
`NVIC_IRQChannelPreemptionPriority`	0~15 (取决于分组)	抢占优先级
`NVIC_IRQChannelSubPriority`	0~15 (取决于分组)	子优先级
`NVIC_IRQChannelCmd`	`ENABLE` / `DISABLE`	使能

中断标志位函数

函数	原型	说明
`EXTI_GetITStatus`	`ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line)`	获取中断标志位
`EXTI_ClearITPendingBit`	`void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line)`	清除中断标志位

标准中断函数模板

void EXTIx_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_LineX) != RESET)
    {
        // 处理中断事件
        
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_LineX);     // 清除标志位
    }
}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) != RESET)
    {
        // PB14 中断处理
        
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
    }
}

完整代码示例

对射式红外传感器计次 (PB14)

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"

uint16_t SensorCount = 0;

void Sensor_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    // 1. 开启时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    
    // 2. GPIO 配置 (上拉输入)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // 3. AFIO 中断引脚选择
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
    
    // 4. EXTI 配置 (下降沿触发)
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    
    // 5. NVIC 配置
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

uint16_t Sensor_Get(void)
{
    return SensorCount;
}

// EXTI15_10 中断服务函数 (PB14 在 EXTI14 上)
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) != RESET)
    {
        SensorCount++;
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
    }
}

int main(void)
{
    Delay_Init();
    OLED_Init();
    Sensor_Init();
    
    OLED_ShowString(1, 1, "Sensor Count:");
    
    while (1)
    {
        OLED_ShowNum(2, 1, Sensor_Get(), 5);
        Delay_ms(100);
    }
}

旋转编码器 (A相PB12, B相PB13)

PPT 参考图 -- 旋转编码器硬件

graph TD
    subgraph ENCODER
        A_PHASE["A 相 (PB12)"] -->|"EXTI12<br/>双边缘触发"| MCU
        B_PHASE["B 相 (PB13)"] -->|"读取电平<br/>判断方向"| MCU
    end
    MCU --> COUNT["计数值<br/>+1 / -1"]

#include "stm32f10x.h"

int16_t EncoderCount = 0;

void Encoder_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    
    // A相 PB12 — 上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // B相 PB13 — 同上
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // AFIO 映射
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource12);
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource13);
    
    // EXTI12 — 双边缘触发
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line12;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

int16_t Encoder_Get(void)
{
    int16_t temp;
    temp = EncoderCount;
    EncoderCount = 0;       // 读取后清零
    return temp;
}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line12) != RESET)
    {
        // 判断方向: 读取 B 相电平
        if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_13) == 0)
            EncoderCount++;
        else
            EncoderCount--;
        
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12);
    }
}

完整初始化步骤总结

1. RCC_APB2PeriphClockCmd(GPIOx, ENABLE);
2. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  // AFIO 时钟
3. GPIO_Init() — 配置输入模式
4. GPIO_EXTILineConfig() — 选择引脚到 EXTI 线
5. EXTI_Init() — 配置触发方式
6. NVIC_PriorityGroupConfig() — 一次
7. NVIC_Init() — 配置中断优先级
8. 写 ISR 函数, 检查标志位并清除

常见坑点/注意事项

AFIO 时钟必须开启 — RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE)，否则 GPIO_EXTILineConfig 无效
同一条 EXTI 线只能对应一个 GPIO — 例如 EXTI0 可以选 PA0/PB0/PC0，但同一时间只能选一个。选了 PB0 后 PA0 不再触发
EXTI5-9 和 EXTI10-15 共用中断函数 — 必须在 ISR 内判断具体哪条线的标志位
清除标志位 — EXTI_ClearITPendingBit 必须在 ISR 结束前调用，否则一直进中断
中断优先级分组只设一次 — 重复调用 NVIC_PriorityGroupConfig 行为未定义
中断函数名必须正确 — Startup 文件中已定义弱符号，写错名字不会编译报错但不会进入中断
不要在 ISR 中做复杂操作 — 中断应短而快，标志位+主循环处理；延时、打印等在 ISR 中要尽量避免
下拉输入与上升沿 — 如果按键接 VCC 按下高电平，用 IPD + EXTI_Trigger_Rising；按键接 GND 用 IPU + EXTI_Trigger_Falling
中断同时触发 — 同优先级中断按中断号排队响应，不同级中断按抢占/子优先响应

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05-EXTI外部中断

中断系统概念

关键术语

STM32 中断架构

NVIC 优先级分组

中断抢占规则

EXTI 基本结构

详细工作原理

中断线分配

EXTI 输入线选择

API 表格

EXTI 初始化

NVIC 初始化

中断标志位函数

标准中断函数模板

完整代码示例

对射式红外传感器计次 (PB14)

旋转编码器 (A相PB12, B相PB13)

完整初始化步骤总结

常见坑点/注意事项

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