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1、退出,嵌入式单片机原理及应用,电气工程学院仪器科学与工程系,1 ARM嵌入式系统概述2 STM32单片机结构和最小系统 3 基于标准外设库的C语言程序设计基础 4 STM32通用输入输出GPIO5 STM32外部中断6 STM32通用定时器7 STM32通用同步/异步收发器USART8 直接存储器存取DMA9 STM32的模数转换器ADC10 STM32的集成电路总线I2C11 STM32的串行外设接口SPI,第5章 STM32单片机外部中断,5.1 中断相关概念5.2 STM32F103中断系统组成5.3 中断控制5.4 中断执行过程和中断嵌套5.5 STM32外部中断应用设计,退出,5.1
2、 中断的相关概念,中断：单片机执行主程序时，由于某个事件的原因，暂停主程序的执行，调用相应的程序处理该事件，处理完毕后再自动继续执行主程序的过程。中断的优先级：由中断的嵌套可以看出，不同事件的重要程度不同。重要的事件可以打断相对不重要的事件的处理，用户可以根据自己的需求对不同的事件设定重要级别，称为中断的优先级。中断的嵌套：如果在执行一个中断时又被另一个更重要的事件打断，暂停该中断处理过程转去处理这个更重要的事件，处理完毕后再继续处理本中断的过程，叫作中断的嵌套。中断源：可以引起中断的事件称为中断源。,5.1 中断的相关概念,中断服务程序与中断向量：为了处理中断而编写的程序称为中断服务程序，对
3、应中断服务程序的入口地址被称为中断向量。中断请求、中断响应、中断处理及中断返回：中断源对主程序或中断服务程序提出中断要求，叫作中断请求；主程序或中断服务程序接受中断请求，进入中断服务程序的过程叫作中断响应；执行中断服务程序的过程叫作中断处理；中断服务程序执行完毕后回到主程序或者次一级别中断服务程序的过程叫作中断返回。中断处理的整个过程包含了中断请求、中断响应、中断处理及中断返回四个步骤。中断系统：实现中断处理功能的软件、硬件系统称为中断系统。,5.2 STM32F103中断系统组成,5.2.1中断源 STM32F103中断系统提供10个系统异常和60个可屏蔽中断（STM32F107系列为68个
4、）源，具有16个中断优先级。可屏蔽中断源包括：外部中断、定时器中断、串口中断直接内存访问中断模数转换中断集成电路总线中断串行外设接口中断等。,5.2.1 中断源,ARM Coetex-M3内核共支持256个中断，其中16个内部中断，240个外部中断和可编程的256级中断优先级的设置。STM32目前支持的中断共84个（16个内部+68个外部），还有16级可编程的中断优先级的设置，仅使用中断优先级设置8bit中的高4位。,5.2.2 中断向量：表5-1 给出STM32F103中断向量表,复合中断源,复合中断源,单独中断源,5.2.3 中断控制器,NVIC为中断总开关：支持68个可屏蔽中断。提供16
5、个可编程的优先级，支持中断嵌套，提供向量中断处理机制等功能。中断发生时，自动获得服务例程入口地址并直接调用，无需软件判定中断源。主要包括：中断设置允许寄存器（NVIC_ISER）中断清除允许寄存器（NVIC_ICER）中断设置挂起寄存器（NVIC_ISPR）中断清除挂起寄存器（NVIC_ICPR）中断状态寄存器（NVIC_IABR）控制。,5.2.3 中断控制器,与NVIC相关的寄存器在“stm32f10 x_map.h”文件中定义了一个结构体，结构体的内容如下STM32F103系列单片机的中断系统在这些寄存器的控制下有序执行。了解这些中断寄存器的含义，才能更好的理解STM32单片机中断系统的
6、工作原理,typedef structvu32 ISER2;u32 RESERVED030;vu32 ICER2;u32 RESERVED130;vu32 ISPR2;u32 RESERVED230;vu32 ICPR2;u32 RESERVED330;vu32 IABR2;u32 RESERVED430;vu32 IPR15;NVIC_TypeDef,5.2.3 中断控制器,ISER2：ISER全称是：Interrupt Set-Enable Registers，中断使能寄存器组。STM32F103系列的单片机可屏蔽外部中断有60个，用2个32位的ISER寄存器来表示，这2个32位的寄存器总
7、共可以表示64个外部中断。而STM32F103系列单片机只用了ISER寄存器其中的前60位。ISER0的bit0bit31分别对应是外部中断031。ISER1的bit027对应外部中断3259；这样总共60个外部中断就分别对应上了。使能某个中断，必须设置相应的ISER位为1,5.2.3 中断控制器,ICER2：全称Interrupt Clear-Enable Registers，是一个中断清除使能寄存器组。该寄存器组与ISER寄存器功能相反，用来清除某个中断的使能位。由于NVIC的这些寄存器都是写1有效的，写0是无效的。设置一组ICER 寄存器来清除相应中断使能位。ISPR2：全称Interr
8、upt Set-Pending Registers，是一个中断挂起控制寄存器组。每个位对应的外部中断和ISER内容是一样的。通过向相应的位写1，可以将正在执行的中断挂起，去执行同级或更高级别的中断。向这个寄存器组写0是无效的。,5.2.3 中断控制器,ICPR2：全称Interrupt Clear-Pending Registers，是单片机的中断解挂寄存器组。其功能和ISPR寄存器相反，对应位的内容也和ISER寄存器是一样的。通过写1，可以将相应的中断解挂。写0无效。IABR2：全称Interrupt Active Bit Registers，单片机中断激活标志位寄存器组。它是一个只读寄存器
9、，CPU通过读取这个寄存器的相应位就可以知道当前有哪些中断正在执行。在相应的中断执行完成以后由硬件自动清零。对应位所代表的中断内容和ISER一样，如果相应位为1，则表示该位所对应的中断正在被执行。,5.2.3中断控制器,IPR15：全称Interrupt Priority Registers，是一个中断优先级控制的寄存器组。这个寄存器组比较重要，STM32F103系列单片机的外部中断分组与这个寄存器组密切相关。因为STM32F103系列单片机的外部中断有60个，所以采用中断分组的办法来确定中断的优先级。IPR寄存器组由15个32位的寄存器组成，每个可屏蔽中断占用8位,5.2.3 中断控制器,S
10、TM32F103支持的60个中断通道已固定分配给相应的外部设备，每个中断通道都具备自己的中断优先级控制字节PRI_n，每4个通道的8位中断优先级控制字构成一个32位的优先级寄存器。IPR0的07，815，1623，2431分别对应中断编号为03，依此类推，总共对应60个外部中断。而每个可屏蔽中断占用的8bit并没有全部使用，只采用高4位。这4位，又分为抢占优先级和响应优先级。抢占优先级在前，响应优先级在后。,外部中断/事件控制器EXTI，主要特性：(1)每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽；(2)每个中断线都有专用的状态位；(3)支持多达19个中断/事件请求；(4)检测脉冲宽度低于APB2时钟宽
11、度的外部信号。,STM32外部中断,STM32单片机80个通用I/O端口连接到19个外部中断/事件源上。左图为STM32单片机通用I/O与外部中断的映射关系：PAx、PBx、PCx、PDx和PEx端口对应的是同一个外部中断/事件源EXTIx(x：0-15)。,5.2.4 相关功能寄存器,5.2.4 相关功能寄存器,1.中断屏蔽寄存器（EXTI_IMR）2.事件屏蔽寄存器（EXTI_EMR）3.上升沿触发选择寄存器（EXTI_RTSR）4.下降沿触发选择寄存器（EXTI_FTSR）5.软件中断事件寄存器（EXTI_SWIER）6.中断挂起寄存器（EXTI_PR）,5.2.4 相关功能寄存器,EX
12、TI_IMR(Interrupt mask register)中断屏蔽寄存器,5.2.4 相关功能寄存器,EXTI_RTSR(Rising trigger selection register)上升沿触发寄存器,5.2.4 相关功能寄存器,EXTI_FTSR(Falling trigger selection register)下降沿触发器,5.2.4 相关功能寄存器,EXTI_SWIER(Software interrupt event register)软件中断事件寄存器,5.2.4 相关功能寄存器,EXTI_PR(Pending Register)中断挂起寄存器,5.2.4 相关功能寄存
13、器,EXTI_EMR(Event mask register)中断事件屏蔽寄存器,5.3 中断控制,5.3.1 中断屏蔽控制中断屏蔽控制包括NVIC控制和外设中断控制EXTI。NVIC为中断总开关，由中断设置允许寄存器（NVIC_ISER）、中断清除允许寄存器（NVIC_ICER）、中断设置挂起寄存器（NVIC_ISPR）、中断清除挂起寄存器（NVIC_ICPR）和中断状态寄存器（NVIC_IABR）控制。除GPIO由EXTI控制中断外，其它的外设均有自己的中断屏蔽控制寄存器，如定时器中断由DMA/中断使能寄存器(TIM_DIER)控制、串口中断由状态寄存器(USART_SR)和控制寄存器3(
14、USART_CR3)控制。,5.3.2 中断优先级控制,STM32F103系列单片机外部中断分为5个组，组04。分组的设置是由SCB-AIRCR寄存器的bit108这3位来定义的。具体的分配关系如下表所示：,为使STM32单片机的中断系统能及时响应并处理发生的所有中断，系统根据引起中断事件的重要性和紧迫程度，STM32单片机的硬件将外设的中断源分为2个级别，这2个级别就是STM32F103系列单片机的抢占优先级和响应优先级；如果两个中断源的抢占优先级和响应优先级都是一样的话，则看哪个中断先发生就先执行；高抢占优先级中断是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的。而抢占优先级相同的中断，高响应优先级
15、中断不可以打断正在执行的低响应优先级中断。,5.3.2 中断优先级控制,响应优先级可设置为0到15级。判断两个中断的优先级时：(1)先看抢占优先级的高低；(2)再看响应优先级的高低；(3)看中断通道向量地址。一个系统使用一个组别就完全可以满足需要，在使用一个组别后不要在系统中再改动组别。,5.3.2 中断优先级控制,假定设置中断优先级为组2，然后设置：中断3（RTC中断）的抢占优先级为2，响应优先级为1。中断6（外部中断0）的抢占优先级为3，响应优先级为0。中断7（外部中断1）的抢占优先级为2，响应优先级为0。求这3个中断的优先级顺序？上面例子中的中断3和中断7都可以打断中断6 的中断。而中断
16、7和中断3却不可以相互打断（这是因为他们的抢占优先级是相同的）。,5.3.2 中断优先级控制,5.4 中断执行过程和中断嵌套,如果系统中存在多个中断源，处理器要先判断当前中断的优先级。多个中断请求同时到达时，先响应优先级高的中断。如果它们的抢占优先级相同，则先处理响应优先级高的中断。,如果内核正在执行C的中断服务程序，则能被抢占优先级更高的中断A打断;由于B和C的抢占优先级相同，所以C不会被B打断;但如果B和C两个中断同时到达，则响应优先级更高的B会被先执行。,1 中断请求和优先级,5.5 STM32外部中断应用设计,5.5.1 STM32外部中断常用的库函数,5.5.2 STM32中断的设计
17、,1.NVIC设置(1)根据需要对中断优先级进行分组，确定抢占优先级和响应优先级的个数。(2)选择中断通道，不同的引脚对应不同的中断通道，在stm32f10 x.h中定义了中断通道结构体IRQn_Type，包含了所有型号芯片的所有中断通道。(3)根据系统要求设置中断优先级，包括抢占优先级和响应优先级。(4)使能相应的中断，完成NVIC配置。,5.5.2 STM32中断的设计,使用库函数NVIC_PriorityGroupConfig()实现STM32F103系列的单片机中断系统分组,5.5.2 STM32中断的设计,入口参数NVIC_PriorityGroup,5.5.2 STM32中断的设计
18、,举例：,如代码的第17行所示，利用“NVIC_PriorityGroupConfig()”库函数将外部中断分为组2。即，抢占优先级可以设置为0-3，响应优先级也是可以设置为0-3的，这是因为它们抢占优先级占2位，响应优先级也占2位。：,5.5.2 STM32中断的设计,结构体“NVIC_InitTypeDef”定义,typedef structuint8_t NVIC_IRQChannel;uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;FunctionalState NVIC_IRQC
19、hannelCmd;NVIC_InitTypeDef;,5.5.2 STM32中断的设计,NVIC_IRQChannel 参数选择需要配置的中断向量的值，如下表所示,5.5.2 STM32中断的设计,5.5.2 STM32中断的设计,NVIC_IRQChannelPreemptionPriority该参数设置了成员NVIC_IRQChannel中的抢占优先级的优先级别。NVIC_IRQChannelSubPriority 该参数设置了成员NVIC_IRQChannel中的响应优先级的优先级别,5.5.2 STM32中断的设计,第0组：先占优先级（抢占优先级）占0位，从优先级（响应优先级）占4位
20、，所以说NVIC_IRQChannelPreemptionPriority这个参数的值只能设置为0，NVIC_IRQChannelSubPriority这个参数值可以设置为0-15；第1组：先占优先级（抢占优先级）占1位，从优先级（响应优先级）占3位，所以说NVIC_IRQChannelPreemptionPriority这个参数的值可以设置为0-1，NVIC_IRQChannelSubPriority这个参数的值可以设置为0-7；第2组：先占优先级（抢占优先级）占2位，从优先级（响应优先级）占2位，所以说NVIC_IRQChannelPreemptionPriority这个参数的值可以设置为
21、0-3，NVIC_IRQChannelSubPriority这个参数的值可以设置为0-3；第3组：先占优先级（抢占优先级）占3位，从优先级（响应优先级）占1位，所以说NVIC_IRQChannelPreemptionPriority值可以设置为0-7，NVIC_IRQChannelSubPriority值可以设置为0-1；第4组：先占优先级（抢占优先级）占4位，从优先级（响应优先级）占0位，所以说NVIC_IRQChannelPreemptionPriority这个参数的值可以设置为0-15，NVIC_IRQChannelSubPriority这个参数的值只能设置为0；,5.5.2 STM32
22、中断的设计,NVIC_IRQChannelCmd该参数用来使能或者关闭指定的IRQ 通道。下面例子给出如何用库函数配置STM32F103系列单片机的外部中断：,程序代码的第14行定义了一个“NVIC_InitTypeDef”结构体类型的变量。第17行：设置NVIC中断分组2,2位抢占优先级，2位响应优先级；第18行：设置外部I0口的第5-9引脚为中断通道；第19行：抢占优先级为2；第20行：响应优先级为2；第21行：使能外部中断通道；第22行：根据NVIC_InitStructure结构体中指定的参数初始化外设NVIC寄存器；,5.5.2 STM32中断的设计,2.中断端口配置(1)首先要对引
23、脚进行配置，使能引脚，具体方法参考第4章，如果使用了复用功能需要打开复用时钟。(2)然后对外部中断方式进行配置，包括中断线路设置、中断或事件选择、触发方式设置、使能中断线完成设置。其中中断线路EXTI_Line0 EXTI_Line15分别对应EXTI0EXTI15，即每个端口的16个引脚。EXTI_Line16 EXTI_Line18分别对应PVD输出事件、RTC闹钟事件和USB唤醒事件。,5.5.2 STM32中断的设计,这个库函数的功能就是选择哪个IO引脚作为外部中断线路，它有2个输入参数，第一个输入参数GPIO_PortSource，作用是选择哪一组GPIO端口作为外部中断源，它的值可
24、取下表中的任意一个值：,5.5.2 STM32中断的设计,输入参数GPIO_PinSource：这个参数可以选择GPIO端口的某个引脚作为中断源的输入。,5.5.2 STM32中断的设计,5.5.3 STM32外部中断应用实例,通过按键中断实现LED的亮灭控制，利用STM32F10 x的GPIO功能驱动LED。采用PA8连接LED，PB6接按键开关。,电路原理,电容的作用是消除抖动,按键抖动及单脉冲电路,抖动时间为10mS,单脉冲,5.5.3 STM32外部中断应用实例,int main(void)NVIC_Configuration();/NVIC LED_Config();/GPIO-LE
25、D KEY_Config();/GPIO-KEY GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);/低电平，点亮LED while(1),主程序,5.5.3 STM32外部中断应用实例,void NVIC_Configuration(void)NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI9_5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPree
26、mptionPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(,中断优先级,NVIC配置,5.5.3 STM32外部中断应用实例,void LED_Config(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_
27、8;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(GPIOA,时钟使能,I/O口初始化,GPIO-LED,5.5.3 STM32外部中断应用实例,void KEY_Config(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Pe
28、riph_AFIO,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;GPIO_Init(GPIOB,GPIO-KEY,I/O口初始化,时钟设置,5.5.3 STM32外部中断应用实例,GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource6);EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line6;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Inter
29、rupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;EXTI_Init(,外部中断初始化,GPIO-KEY,5.5.3 STM32外部中断应用实例,void KEY_Config(void)中定义了一个“EXTI_InitStructure”，这个结构体类型在库文件中如下定义：,Typedef structuint32_t EXTI_Line;EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode;EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trig
30、ger;FunctionalState EXTI_LineCmd;EXTI_InitTypeDef,函数说明,5.5.3 STM32外部中断应用实例,1：uint32_t EXTI_Line这个参数就是让我们选择哪条外部的中断线，该参数可取的值,EXTI_InitStructure,2：EXTI_Mode该参数让我们设置中断线路的模式，是事件请求还是中断请求，该参数可取的值：,STM32单片机的中断与事件有何区别？,5.5.3 STM32外部中断应用实例,EXTI_InitStructure,5.5.3 STM32外部中断应用实例,中断是需要CPU参与的，需要软件的中断服务函数才能完成，中断后
31、产生相应的结果;事件是靠脉冲发生器产生一个脉冲,进而由硬件自动完成这个事件，并且产生相应的结果。可以这样简单的认为,事件机制提供了一个完全由硬件自动完成触发到产生结果的这么一个通道,不需要软件的参与,降低了CPU的负荷,节省了中断资源，提高了响应速度(硬件总快于软件)，事件是利用硬件来提升CPU芯片处理事件能力的一个有效方法。,3：EXTI_Trigger 设置了线路的触发边沿（3种触发方式：上升沿触发,下降沿触发和上升沿和下降沿触发）EXTI_LineCmd 用来开启或者关闭选中线路。它可以被设为ENABLE 或者DISABLE。,5.5.3 STM32外部中断应用实例,EXTI_InitS
32、tructure,5.5.3 STM32外部中断应用实例,RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);,如果我们在编程中，用的是IO口的复用功能，就必须开启该复用时钟，当把GPIO相应的引脚作为外部中断输入的时候，就是用到了IO的复用功能，所以必须要开启复用功能时钟（AFIO）。,时钟设置,5.5.3 STM32外部中断应用实例,void EXTI9_5_IRQHandler(void)if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line6)!=RESET)GPIO_WriteBit(GP
33、IOA,GPIO_Pin_8,(BitAction)(1-GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_8);EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line6);,中断服务程序,5.5.3 STM32外部中断应用实例,“if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line5)!=RESET)”判断一下是否真的产生了EXTI Line中断,中断服务程序说明,EXTI_ClearITPendingBit()函数的作用就是清除中断标志位。,5.5.3 STM32外部中断应用实例,中断服务程序说明,void NVIC_Config(void)NVI
34、C_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI9_5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(,完整程序,完整程序,voi
35、d KEY_Config(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENBALE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;GPIO_Init(GPIOB,int main(void)NVIC_Configuration();/NVIC LED_Config();/GPIO-L
36、ED KEY_Config();/GPIO-KEY GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);/低电平，点亮LED while(1)void EXTI9_5_IRQHandler(void)if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line6)!=RESET)GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_8,(BitAction)(1-GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_8);EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line6);,总结：使用外部IO口引脚中断的基本步骤,1.IO口初始化；2.设置好相应的时钟；3.设置相应的中断；4.把相应的IO口设置为中断线路并初始化；5.编写中断函数,
