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1?中斷系統(tǒng)

1.1??中斷的概念

中斷系統(tǒng)的定義：中斷是指在主程序運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了特定的中斷觸發(fā)條件（中斷源），使得CPU暫停當(dāng)前正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)而去處理中斷程序，處理完成后又返回原來(lái)被暫停的位置繼續(xù)運(yùn)行。

通俗來(lái)講中斷就是主程序在正常運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)了中斷觸發(fā)條件，而中斷觸發(fā)的條件有很多：對(duì)于外部中斷來(lái)講可能是引腳的電平發(fā)生變化；對(duì)于定時(shí)器來(lái)講可能是定時(shí)的時(shí)間到了；對(duì)于串口通信來(lái)講可能是接收到了數(shù)據(jù)，當(dāng)以上事件發(fā)生時(shí)，程序的執(zhí)行就會(huì)從主程序中跳到中斷程序中來(lái)執(zhí)行中斷程序，直到中斷程序執(zhí)行完成之后才會(huì)重新執(zhí)行主程序。而使用中斷系統(tǒng)最大的作用就是能夠極大的提升程序的運(yùn)行效率。

中斷優(yōu)先級(jí)：中斷優(yōu)先級(jí)建立在有多個(gè)中斷源的時(shí)候，當(dāng)有多個(gè)中斷源出現(xiàn)時(shí)，CPU就要考慮率先執(zhí)行哪個(gè)中斷，中斷就像做一件事的輕重比例，當(dāng)有很多事情堆到眼前時(shí)候，通常先做情況最緊急的，再做稍次一點(diǎn)的，這樣就會(huì)給中斷確立執(zhí)行的先后順序，而多個(gè)中斷的執(zhí)行順序的先后就被叫做中斷優(yōu)先級(jí)。

中斷嵌套：當(dāng)一個(gè)中斷程序正在運(yùn)行時(shí)，又有新的更高優(yōu)先級(jí)的中斷源申請(qǐng)中斷，CPU再次暫停當(dāng)前中斷程序，轉(zhuǎn)而去處理新的中斷程序，處理完成后依次進(jìn)行返回，而中斷嵌套的執(zhí)行通常是由中斷優(yōu)先級(jí)來(lái)確定的。中斷嵌套可以理解將一堆要做的事慢慢一個(gè)一個(gè)拋給你，而你要根據(jù)每個(gè)事情的緊急程度來(lái)決定在已經(jīng)有的事情里先做哪一個(gè)。

中斷執(zhí)行的流程如下圖所示：

在我們學(xué)習(xí)的STM32?中有68個(gè)可屏蔽中斷通道（中斷源），包含EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、I2C、RTC等多個(gè)外設(shè)（68個(gè)中斷源是F1系列中最多的，而對(duì)于某個(gè)具體型號(hào)可能并沒(méi)有這么多，所以中斷源的數(shù)量以單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)為準(zhǔn)），這些中斷源都使用NVIC統(tǒng)一管理中斷，每個(gè)中斷通道都擁有16個(gè)可編程的優(yōu)先等級(jí)，可對(duì)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分組，進(jìn)一步設(shè)置搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)。（具體中斷源如下表所示灰色部分為內(nèi)核中斷，不是灰色部分的為STM32的外設(shè)中斷，具體圖標(biāo)手冊(cè)中有）

NVIC結(jié)構(gòu)：

基本結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

NVIC的全稱是Nested vectoredinterrupt controller，即嵌套向量中斷控制器，在STM32中NVIC用來(lái)統(tǒng)一分配中斷優(yōu)先級(jí)和管理中斷的，他是單片機(jī)內(nèi)核外設(shè)，是用來(lái)幫助CPU處理中斷分配和配置中斷優(yōu)先級(jí)的地方（為了讓CPU高速運(yùn)行），因?yàn)镹VIC有多個(gè)輸入口，所以能將單片機(jī)的外設(shè)中斷都來(lái)接到NVIC上，而NVIC只有一個(gè)輸出口這樣就能通過(guò)對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置，來(lái)輸出中斷優(yōu)先級(jí)高的，然后交給CPU讓CPU優(yōu)先執(zhí)行中斷優(yōu)先級(jí)高的程序，這就是NVIC的基本作用。

NVIC優(yōu)先級(jí)分組：

為了處理不同形式的優(yōu)先級(jí)，NVIC會(huì)有優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分組，而NVIC的中斷優(yōu)先級(jí)由優(yōu)先級(jí)寄存器的4位（0~15）決定，這4位可以進(jìn)行切分，分為高n位的搶占優(yōu)先級(jí)和低4-n位的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)，其屬性編號(hào)越小，表明它的優(yōu)先級(jí)別越高。搶占優(yōu)先級(jí)，是指打斷其他中斷的屬性，即因?yàn)榫哂羞@個(gè)屬性會(huì)出現(xiàn)嵌套中斷（在執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)A 的過(guò)程中被中斷B 打斷，執(zhí)行完中斷服務(wù)函數(shù)B 再繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)A），搶占屬性由NVIC 的參數(shù)配置。而響應(yīng)屬性則應(yīng)用在搶占屬性相同的情況下，當(dāng)兩個(gè)中斷向量的搶占優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，如果兩個(gè)中斷同時(shí)到達(dá)， 則先處理響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的中斷，搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)均相同的按中斷號(hào)排隊(duì),數(shù)字小的先響應(yīng)。（中斷號(hào)是指上圖中優(yōu)先級(jí)的序號(hào)）

優(yōu)先級(jí)的分組方式如下圖所示：

注意在配置好NVIC的分組方式之后，配置優(yōu)先級(jí)時(shí)，取值不能超過(guò)對(duì)應(yīng)NVIC分組的取值范圍。

1.2??外部中斷的簡(jiǎn)介與配置

外部中斷簡(jiǎn)介：

EXTI（Extern Interrupt）外部中斷，EXTI可以監(jiān)測(cè)指定GPIO口的電平信號(hào)，當(dāng)其指定的GPIO口產(chǎn)生電平變化時(shí)，EXTI將立即向NVIC發(fā)出中斷申請(qǐng)，經(jīng)過(guò)NVIC裁決后即可中斷CPU主程序，使CPU執(zhí)行EXTI對(duì)應(yīng)的中斷程序。

其觸發(fā)方式有上升沿，下降沿，雙邊沿，軟件觸發(fā)四種。EXTI支持所有的GPIO口都可以觸發(fā)中斷，但是相同的Pin_不可以同時(shí)觸發(fā)中斷，例如PA1與PB1不能同時(shí)觸發(fā)中斷。EXTI有20個(gè)通道數(shù)，說(shuō)明EXTI可以有20個(gè)中斷源，其中包括16個(gè)GPIO_Pin，外加PVD輸出、RTC鬧鐘、USB喚醒、以太網(wǎng)喚

醒；而EXTI響應(yīng)方式有中斷響應(yīng)（申請(qǐng)中斷讓CPU執(zhí)行中斷函數(shù)），事件響應(yīng)（中斷響應(yīng)時(shí)，外部中斷信號(hào)不會(huì)傳向CPU而是給到單片機(jī)外設(shè)，讓單片機(jī)外設(shè)響應(yīng)一個(gè)事件）。

外部中斷的基本結(jié)構(gòu)：

結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

最左邊是GPIO口的外設(shè)，由于每個(gè)GPIO都有16個(gè)通道當(dāng)每個(gè)GPIO的引腳都占用一個(gè)那么EXTI的通道就會(huì)不夠用，為了讓相同的Pin_不同時(shí)觸發(fā)中斷，所以就有AFIO用來(lái)進(jìn)行中斷引腳的選擇，相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，他可以從前面N個(gè)GPIO的16個(gè)引腳中選擇其中一個(gè)接到后面的EXTI通道里面，所以就會(huì)有上面說(shuō)的相同的Pin_不可以同時(shí)觸發(fā)中斷，因?yàn)閷?duì)于相同的Pin_在經(jīng)過(guò)AFIO之后只會(huì)有一個(gè)Pin_接到后面的EXTI通道上，例如：PA0，PB0，PC0，PD0，只有一個(gè)Pin_0可以接到EXTI的通道0上。而以上GPIO引腳通過(guò)EXTI上之后，就會(huì)分為兩種輸出，一種接到NVIC上，一種接到單片機(jī)外設(shè)上（也是對(duì)應(yīng)的事件響應(yīng)），這里EXTI的輸出本來(lái)為20個(gè)但是由于ST公司想要節(jié)省引腳口，所以EXTI4之后的中斷被五個(gè)為一組分在同一個(gè)通道里，所以EXTI5~9會(huì)觸發(fā)同一個(gè)中斷函數(shù)，EXTI10~15觸發(fā)同一個(gè)中斷函數(shù)，但是基于Hal庫(kù)開(kāi)發(fā)的STM32將這些中斷函數(shù)寫在了一起，所以所有中斷通道都可以寫在同一個(gè)中斷函數(shù)里面，但是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)必須根據(jù)不同的中斷通道來(lái)判斷到底能不能寫在一起。

AFIO口的結(jié)構(gòu)圖如下：

此圖原理就是將輸入的不同GPIO相同的Pin_通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器來(lái)進(jìn)行選擇，最后只選擇一個(gè)Pin_來(lái)接到EXTI通道上，具體如何選擇就是通過(guò)配置AFIO_EXTRCRX寄存器的EXTIx位來(lái)進(jìn)行選擇，每個(gè)位代表不同的GPIO，這樣就能以確定的位來(lái)確定是哪個(gè)GPIO的引腳會(huì)接到EXTIX的通道上面。

AFIO主要用于引腳復(fù)用功能的選擇和重定義（數(shù)據(jù)選擇器），在STM32中，AFIO主要完成兩個(gè)任務(wù)：復(fù)用功能引腳重映射、中斷引腳選擇。

?EXTI結(jié)構(gòu)圖

電平經(jīng)過(guò)AFIO之后進(jìn)入EXTI，首先要對(duì)該中斷源的觸發(fā)方式進(jìn)行選擇（上升沿觸發(fā)/下降沿觸發(fā)/雙邊沿觸發(fā)）進(jìn)入或門的輸入，這里用或門進(jìn)行輸入的原因是因?yàn)橛|發(fā)方式也可以選擇是軟件觸發(fā)，然后就會(huì)分成兩路，接到NVIC中斷控制器的是觸發(fā)中斷的，而接到脈沖發(fā)生器的是用來(lái)觸發(fā)事件的。

先看觸發(fā)中斷這一路的，這里接的請(qǐng)求掛起寄存器相當(dāng)于中斷標(biāo)志位，通過(guò)讀取這個(gè)寄存器判斷是哪個(gè)通道發(fā)出中斷請(qǐng)求，如果給請(qǐng)求掛起寄存器置1，那么就會(huì)和中斷屏蔽寄存器進(jìn)入一個(gè)與門，然后進(jìn)入NVIC中斷控制器，這里與門和這個(gè)中斷屏蔽寄存器相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用，因?yàn)榕c門是如果輸入有一個(gè)為0，那么輸出一定為0，所以會(huì)通過(guò)控制中斷屏蔽寄存器來(lái)控制是否響應(yīng)中斷。

事件觸發(fā)這一路與中斷觸發(fā)大同小異，這里事件屏蔽寄存器和與門也充當(dāng)開(kāi)關(guān)的作用，通過(guò)與門之后接一個(gè)脈沖發(fā)生器，這個(gè)脈沖發(fā)生器的作用就是給一個(gè)電平脈沖是用來(lái)觸發(fā)其他外設(shè)的。

上圖中畫斜杠寫20的表示這里可以接20根線，連接20個(gè)通道，而APB總線和外設(shè)接口，單片機(jī)對(duì)于寄存器的訪問(wèn)就是借助APB總線來(lái)進(jìn)行。

2實(shí)驗(yàn)演示

2.1??旋轉(zhuǎn)編碼器的簡(jiǎn)介

旋轉(zhuǎn)編碼器：用來(lái)測(cè)量位置、速度或旋轉(zhuǎn)方向的裝置，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其輸出端可以輸出與旋轉(zhuǎn)速度和方向?qū)?yīng)的方波信號(hào)，讀取方波信號(hào)的頻率和相位信息即可得知旋轉(zhuǎn)軸的速度和方向，通常有以下幾種類型：機(jī)械觸點(diǎn)式/霍爾傳感器式/光柵式。

實(shí)物圖如下：

左邊第一個(gè)不能判斷不能判斷旋轉(zhuǎn)方向，只能測(cè)位置和速度所以不經(jīng)常使用，而剩下的就是我們本開(kāi)發(fā)板自帶的旋轉(zhuǎn)編碼器，由第三個(gè)拆解圖可得他內(nèi)部是通過(guò)金屬觸點(diǎn)來(lái)進(jìn)行通斷的，所以為機(jī)械式編碼器，有左右兩部分開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，其中左右兩部分內(nèi)側(cè)較細(xì)的觸點(diǎn)是連接在引腳B上，而剩下外側(cè)的觸點(diǎn)分別連在引腳A和C上，而中間的圓點(diǎn)為一個(gè)普通的按鍵，然后來(lái)看這個(gè)編碼盤也是一系列像光柵一樣的東西，但也是金屬觸點(diǎn)，在旋轉(zhuǎn)時(shí)依次接通和斷開(kāi)兩邊的觸點(diǎn)，而金屬盤的位置也是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)可以讓兩側(cè)觸點(diǎn)的通斷有九十度的相位差，

具體輸出波形如下方兩圖所示（上圖為正轉(zhuǎn)時(shí)，下圖為反轉(zhuǎn)時(shí)）以下這樣的正交波形就可以用來(lái)區(qū)別方向。

?硬件電路圖如下

2.2??對(duì)射式紅外傳感器計(jì)次

?接線圖如下：

實(shí)物圖如下：

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)是對(duì)對(duì)射式紅外傳感的傳感次數(shù)進(jìn)行計(jì)次，通過(guò)用遮光片遮擋來(lái)對(duì)紅外傳感器傳輸進(jìn)行計(jì)次，然后通過(guò)OLED屏幕來(lái)顯示傳感次數(shù)。并且對(duì)于中斷觸發(fā)方式的不同，計(jì)次方式也不同。

首先，配置STMCube MX

將GPIO口用來(lái)實(shí)現(xiàn)外部中斷的配置為中斷模式即PB14，由于OLED也要繼續(xù)使用所以對(duì)OLED的引腳繼續(xù)配置為輸出模式即可：

在NVIC中勾選EXTI line[15:10] interrupts

對(duì)NVIC的中斷分組方式選擇方式2（哪一個(gè)隨自己選擇）

在GPIO這里對(duì)中斷觸發(fā)方式進(jìn)行選擇：

其他配置不變，生成工程即可。

代碼部分：

HAL庫(kù)關(guān)于外部中斷的函數(shù)只有一個(gè)：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);

具體模板用法如下：

HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) 
{

 ? if（GPIO_Pin==GPIO_PIN_1）//判斷是哪個(gè)中斷源

 ? {

 ? //執(zhí)行中斷函數(shù)

 ? __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT ( GPIO_Pin);

//中斷結(jié)束標(biāo)志必須有不然會(huì)卡在中斷中不能進(jìn)入主程序

 ? }

//Hal庫(kù)中所有的中斷函數(shù)都在這一個(gè)函數(shù)中進(jìn)行

 ? if（GPIO_Pin==GPIO_PIN_3）

 ? {

 ? }
}

CountSensor部分代碼

#include "main.h"
#include "gpio.h"

uint16_t Consensor_count;

uint16_t ?CountSensor_Get(void)
{
 ? return Consensor_count;
}

/**
 ?* 函數(shù)功能: 外部中斷回調(diào)函數(shù)
 ?* 輸入?yún)?shù): GPIO_Pin：中斷引腳
 ?* 返 回 值: 無(wú)
 ?* 說(shuō) ? ?明: 無(wú)
 ?*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
 ?if(GPIO_Pin==CountSensor_Pin)
 ?{
 ? ?if(HAL_GPIO_ReadPin(CountSensor_GPIO_Port,CountSensor_Pin)== 1 ?)//下降沿有效計(jì)次即可
 ? ?{
 ? ? ?Consensor_count++;
 ? ?}
 ? ?__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT ( CountSensor_Pin);
 ?}
}

主函數(shù)部分代碼

OLED_Init ();
OLED_ShowString (1,1,"Count:");
while (1)
{
 ?OLED_ShowNum (1,7,CountSensor_Get (),5);//如果有新的下降沿出現(xiàn)直接覆蓋上一次的數(shù)字
}

2.3??旋轉(zhuǎn)編碼計(jì)次

接線圖如下圖所示：

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)進(jìn)行計(jì)次，正轉(zhuǎn)加加愛(ài)，反轉(zhuǎn)減減，計(jì)得次數(shù)通過(guò)OLED來(lái)不斷刷新。

STM32CubeMX配置：

對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器連接的引腳PB0與PB1配置為外部中斷模式，給OLED連接的引腳PB8與PB9配置為輸出模式，在NVIC選擇分組方式，然后在下面勾選

EXTI line0 interrupt? ?EXTI line1 interrupt?。

然后在GPIO里配置IO口的觸發(fā)中斷方式與輸出模式，根據(jù)自身習(xí)慣來(lái)對(duì)IO口進(jìn)行宏定義。

配置完成后，生成工程。

代碼部分：

Encoder部分代碼：

#include "main.h"
#include "gpio.h"

uint16_t Encoder_Count;

uint16_t ?Encoder_Get(void)
{
 ? uint16_t Temp;
 ? Temp = Encoder_Count ;
 ? Encoder_Count = 0;
 ? return Temp ;
}

/**
 ?* 函數(shù)功能: 外部中斷回調(diào)函數(shù)
 ?* 輸入?yún)?shù): GPIO_Pin：中斷引腳
 ?* 返 回 值: 無(wú)
 ?* 說(shuō) ? ?明: 無(wú)
 ?*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
 ?if(GPIO_Pin==Count_Increase_Pin)//讀取中斷源
 ?{
 ? if(HAL_GPIO_ReadPin(Count_Increase_GPIO_Port ?, Count_Increase_Pin)==0 )
 ? {
 ? if(HAL_GPIO_ReadPin(Count_Decrease_GPIO_Port ?, Count_Decrease_Pin)== 0 )//旋轉(zhuǎn)編碼器向左轉(zhuǎn)時(shí)
 ? ? ?Encoder_Count--;
 ? ?}
 ? ?__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT ( Count_Increase_Pin);//消除中斷標(biāo)志，由中斷進(jìn)入主函數(shù)
 ?}
 ?else if(GPIO_Pin==Count_Decrease_Pin)
 ?{
 ? ? if(HAL_GPIO_ReadPin(Count_Decrease_GPIO_Port ?, Count_Decrease_Pin)== 0)
 ? ?{
 ? ? if(HAL_GPIO_ReadPin(Count_Increase_GPIO_Port ?, Count_Increase_Pin)== 0 )//旋轉(zhuǎn)編碼器向右轉(zhuǎn)時(shí)
 ? ? Encoder_Count++;
 ? ?}
 ? ?__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT ( Count_Decrease_Pin);//消除中斷標(biāo)志，由中斷進(jìn)入主函數(shù)
}
 

主函數(shù)部分代碼：文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-703861.html

in16_t Num;
OLED_Init();
OLED_ShowString (1,1,"Count:");

while (1)
{
 ? /* USER CODE END WHILE */
 ? /* USER CODE BEGIN 3 */
 ? Num+=Encoder_Get();//時(shí)刻刷新計(jì)次
 ? OLED_ShowSignedNum(1,7,Num,5);
 }
}

到了這里，關(guān)于【STM32教程】第四章 STM32的外部中斷EXTI的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！