STM32单片机入门学习笔记——中断系统、外部中断
笔记整理自B站UP主江科大自化协教程《STM32入门教程-2023持续更新中》，所用单片机也为教程推荐单片机。
中断的定义
中断就是在正常主程序执行的某个时刻，发生了中断触发条件，比如对于外部中断来说，可以是引脚发生了跳变；对于定时器来说，可以是定时的时间到了；对于串口通信来说，可以是接收到了数据。
STM中断
68个可屏蔽中断通道（中断源），F1系列最多的中断数量，包含EXTI（外部中断）、TIM（定时器）、ADC（模数转换器）、USART（串口）、SPI通信、I2C通信、RTC实时时钟等多个外设
使用NVIC统一管理中断，每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，可对优先级进行分组，进一步设置抢占优先级和响应优先级。
内核的中断
Reset：复位中断，当产生复位事件时，程序就会自动执行复位中断函数
这些内核中断我们一般用不到
WWDG：Window Watchdog，窗口看门狗，用来监测程序运行状态的的中断，比如程序卡死了没有及时喂狗，窗口看门狗就会申请中断，让你的程序跳到窗口看门狗的中断程序里，在中断程序里就可以进行一些错误检查
PVD：电源电压监测，如果供电电压不足，PVD电路就会申请中断
EXTI0~EXTI4、EXTI9_5、EXTI15_10：外部中断对应的中断资源
程序中的中断函数地址是由编译器来分配的，是不固定的，中断跳转只能跳到固定的地址执行程序，所以为了能让硬件跳转到一个不固定的函数里，需要在内存中定义一个地址的列表，这个列表地址是固定的，中断发生后，就跳到这个固定位置，然后在这个固定位置由编译器再加上一条跳转到中断函数的代码，这样中断跳转就可以跳转到任意位置了。
中断地址的列表也叫中断向量表，相当于中断跳转的一个跳板
NVIC的基本结构
NVIC：Nested Vectored Interrupt Controller嵌套中断向量控制器，内核外设要在Cortex-M3编程手册找
它的作用前面提到过：统一分配中断优先级和管理中断
NVIC是内核外设，是CPU的“小助手”，NVIC可以看做是“医院的叫号系统”，CPU可以看做是“医生”，
NVIC优先级分组
抢占优先级和响应优先级的区别
还是病人叫号的这个例子，对于紧急的病人有两种形式的优先：一种是上一个病人在看病，外面排了很多病人，当上一个病人看完后，紧急的病人即使是后来的，也会最先进去看病，这种相当于插队的优先级就叫响应优先级；另一种，如果外面的病人更加紧急，并且此时有人在看病，那它可以不等上一个看完，直接进去让医生看，等它看完后，之前看病的人再继续，这种形式的优先就是中断嵌套，这种决定是不是可以中断嵌套的优先级就是抢占优先级。
NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位（0~15对应16个优先级）决定，这个优先级的数值越小，优先级越高，0就是最高优先级。这4位可以进行切分，分为高n位的抢占优先级和低4-n位的响应优先级
抢占优先级高的可以中断嵌套，响应优先级高的可以优先排队，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号（前面表格里的序号，数值小的优先响应）排队
这个分组方式在程序中是我们自己来选择，选好分组后，在配置优先级的时候要注意抢占优先级和响应优先级的取值范围。
EXTI外部中断
Extern Interrupt
EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将立即向NVIC发出中断申请，经过NVIC裁决后即可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序（简单来说：引脚电平变化申请中断）
支持的触发方式：上升沿/下降沿/双边沿/软件触发
支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断（PA0和PB0不能同时用，端口GPIO_Pin一样的只能选一个作为中断引脚）
通道数：16个GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒（20个中断线路）
外部中断有个功能就是从低功耗模式的停止模式下唤醒STM32，对于PVD电源电压监测，当电源从电压过低恢复时，就需要PVD借助一下外部中断退出停止模式；对于RTC闹钟，RTC定了一个闹钟之后，STM32会进入停止模式，等到闹钟响的时候再唤醒，这也需要借助外部中断。
触发响应方式：中断响应/事件响应（中断响应：申请中断让CPU执行中断函数；事件响应：当外部中断检测到引脚电平变化时，不会触发中断，而是触发别的外设操作，比如触发ADC转换、触发DMA等，属于外设之间的联合工作）
EXTI基本结构
这张图也解释了前面提到的：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断（会经过AFIO选择）
外部中断的9~5会触发同一个中断函数，15~10也会触发同一个中断函数，那我们可以根据标志位来区分到底是哪个中断进来了。
AFIO复用IO口
AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义
在STM32中，AFIO主要完成两个任务：复用功能引脚重映射、中断引脚选择
复用功能引脚重映射
EXTI框图
经过或门后兵分两路，一路触发中断，另一路触发事件
请求挂起寄存器：相当于中断的标志位，可以读取这个寄存器判断是哪个通道触发的中断
脉冲发生器：给一个电平脉冲，用来触发其他外设的动作
使用外部中断模块的特性
对于STM32来说，想要获取的信号是外部驱动的很快的突发信号（旋转编码器、红外接收头等等）
相位相差90度的波形，就是正交波形，带正交波形信号输出的编码器是可以用来测方向的
外部中断配置代码部分（以对射式红外传感器计次为例中断IO口为PB14）
第一步：配置RCC，把这里设计的外设时钟都打开
第二步：配置GPIO，选择端口为输入模式
第三步：配置AFIO，选择我们这一路用的GPIO
第四步：配置EXTI，选择边沿触发方式，比如上升沿、下降沿、双边沿，选择触发响应方式，比如中断响应、事件响应
第五步：配置NVIC，给中断选择一个合适的优先级
可以参考EXTI基本结构的图：
第一步——开启时钟
主体代码
EXTI和NVIC两个外设的时钟是一直都打开的，寄存器中没有EXTI时钟的控制位，RCC管的都是内核外的外设，RCC管不着NVIC
第二步——配置GPIO
模式选择
可以看STM32F10xxx参考手册（中文），8.1.11外设的GPIO配置
这里选择上拉输入，默认为高电平的输入方式
主体代码
第三步——配置AFIO
它的库函数和GPIO在一个文件里，stm32f10x_gpio.h
GPIO_AFIODeInit——用来复位AFIO外设，调用这个函数AFIO外设的配置就会全部清除
GPIO_PinLockConfig——用来锁定GPIO配置，调用这个函数参数指定某个引脚，那这个引脚的配置就会被锁定，防止意外更改
GPIO_EventOutputConfig、GPIO_EventOutputCmd——配置AFIO事件输出功能
GPIO_PinRemapConfig——可以用来进行引脚的重映射
GPIO_EXTILineConfig——调用这个函数，就可以配置AFIO的数据选择器，来选择我们想要的中断引脚
GPIO_ETH_MediaInterfaceConfig——和以外网有关
主体代码
代表连接PB14号口——第14个中断线路
第四步——配置EXTI
stm32f10x_exti.h
EXTI_DeInit——调用它可以把EXTI的配置都清除，恢复成上电默认的状态
EXTI_Init——配置EXTI外设，和GPIO配置类似
EXTI_StructInit——类似GPIO_Init
以上这三个函数基本所有的外设都有
EXTI_GenerateSWInterrupt——软件触发外部中断，调用这个函数参数给一个指定的中断线，就能软件触发一次这个外部中断
EXTI_GetFlagStatus——可以获取指定的标志位是否被置1
EXTI_ClearFlag——可以对置1的标志位进行清除
EXTI_GetITStatus、EXTI_ClearITPendingBit——在中断函数中查看和清除标志位
如果你想在主程序中查看和清除标志位，就用EXTI_GetFlagStatus、EXTI_ClearFlag；如果想在中断函数里查看和清除标志位，就用EXTI_GetITStatus、EXTI_ClearITPendingBit
主体代码
第五步——配置NVIC
misc.h文件
NVIC_PriorityGroupConfig——中断分组
NVIC_Init——初始化NVIC
NVIC_SetVectorTable——设置中断向量表
NVIC_SystemLPConfig——系统低功耗配置
pre-emption priority——先占优先级（抢占优先级）
subpriority——从占优先级（响应优先级）
中断分组
分组方式整个芯片只能用一种，这个分组的代码整个工程只需要执行一次就可以了
通道选择（stm32f10x.h）
主体代码
中断函数代码部分
中断函数的名字都是固定的，可以参考启动文件，startup_stm32f10x_md.s
在中断函数中，一般都是先进行中断标志位的判断，因为这个函数EXTI15~EXTI10都能进来，所以要判断一下是不是我们想要的EXTI14进来，判断完之后要注意清除中断标志位。
主体代码
外部中断配置代码部分（以旋转编码器计次为例中断IO口为PB0和PB1）
如何判断正反转呢？
AB相都触发中断，B相下降沿和A相低电平时才判断为正转；A相下降沿和B相低电平时才判断为反转
第一步——开启时钟
同上不变
主体代码
第二步——配置GPIO
主体代码
学习一下红框的这种写法，两个中断IO口
第三步——配置AFIO
主体代码
第四步——配置EXTI
主体代码
同样学习一下红框的这种写法，两个中断IO口
第五步——配置NVIC
主体代码
中断函数代码部分
主体代码
中断编程的建议
在中断函数中最好不要执行耗时过长的代码，中断函数要简短快速
最好不要在中断函数和主函数调用相同的函数或者操作同一个硬件，比如OLED显示函数，对于外部硬件并没有在进入中断时进行现场保护，CPU程序是正常工作的（有保护现场会恢复现场），这就强调变量、标志位、函数作为接口的使用，能让程序更加清晰，代码更加强健。
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