正點原子-戰艦V3第十章 外部中斷實驗

這一章，我們將向大家介紹如何使用 STM32F1 的外部輸入中斷。在前面幾章的學習

中，我們掌握了 STM32F1 的 IO 口最基本的操作。本章我們將介紹如何將 STM32F1

的 IO 口作為外部中斷輸入，在本章中，我們將以中斷的方式，實現我們在第八章所

實現的功能。本章分為如下幾個部分：

10.1 STM32F1 外部中斷簡介

10.2 硬體設計

10.3 軟體設計

10.4 下載驗證

10.1 STM32F1 外部中斷簡介

STM32F1 的 IO 口在第六章有詳細介紹，而中斷管理分組管理在前面也有詳細的闡述。這

裡我們將介紹 STM32F1 外部 IO 口的中斷功能，通過中斷的功能，達到第八章實驗的效果，即：

通過板載的 4 個按鍵，控制板載的兩個 LED 的亮滅以及蜂鳴器的發聲。

這章的代碼主要分布在 HAL 庫的 stm32f1xx_hal_exti.h 和 stm32f1xx_hal_exti.c 文件中。

這裡我們首先講解 STM32F1 IO 口中斷的一些基礎概念。STM32F1 的每個 IO 都可以作為

外部中斷的中斷輸入口，這點也是 STM32F1 的強大之處。STM32F103 的中斷控制器支持 19

個外部中斷/事件請求。每個中斷設有狀態位，每個中斷/事件都有獨立的觸發和屏蔽設置。

STM32F103 的 19 個外部中斷為：

EXTI 線 0~15：對應外部 IO 口的輸入中斷。

EXTI 線 16：連接到 PVD 輸出。

EXTI 線 17：連接到 RTC 鬧鐘事件。

EXTI 線 18：連接到 USB 喚醒事件。

EXTI 線 19：連接到乙太網喚醒事件。

從上面可以看出，STM32F1 供 IO 口使用的中斷線只有 16 個，但是 STM32F1 的 IO 口卻

遠遠不止 16 個，那麼 STM32F1 是怎麼把 16 個中斷線和 IO 口一一對應起來的呢？於是 STM32

就這樣設計，GPIO 的管教 GPIOx.0~GPIOx.15(x=A,B,C,D,E，F,G,H,I)分別對應中斷線 0~15。這

樣每個中斷線對應了最多 9 個 IO 口，以線 0 為例：它對應了 GPIOA.0、GPIOB.0、GPIOC.0、

GPIOD.0、GPIOE.0、GPIOF.0、GPIOG.0。而中斷線每次只能連接到 1 個 IO 口上，這樣就需要

通過配置來決定對應的中斷線配置到哪個 GPIO 上了。下面我們看看 GPIO 跟中斷線的映射關

系圖：

圖 10.1.1 GPIO 和中斷線的映射關係圖

接下來我們講解使用庫函數配置外部中斷的步驟。

1) 使能 IO 口時鐘，初始化 IO 口為輸入

首先，我們要使用 IO 口作為中斷輸入，所以我們要使能相應的 IO 口時鐘，具體的操作方

法跟我們按鍵實驗是一致的，這裡就不做過多講解。

1) 設置 IO 口模式，觸發條件，開啟 SYSCFG 時鐘，設置 IO 口與中斷線的映射關係。

該步驟如果我們使用標準庫那麼需要多個函數分部實現。而當我們使用 HAL 庫的時候，

則都是在函數 HAL_GPIO_Init 中一次性完成的。例如我們要設置 PA0 連結中斷線 0，並且為上

升沿觸發，代碼為：

GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0; //PA0

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING; //外部中斷，上升沿觸發

GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN; //默認下拉

HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

當我們調用 HAL_GPIO_Init 設置 IO 的 Mode 值為 GPIO_MODE_IT_RISING（外部中斷上

升 沿 觸 發 ）， GPIO_MODE_IT_FALLING （ 外 部 中 斷 下 降 沿 觸 發 ） 或 者

GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING（外部中斷雙邊沿觸發）的時候，該函數內部會通過判斷

Mode 的值來開啟 SYSCFG 時鐘，並且設置 IO 口和中斷線的映射關係。

因為我們這裡初始化的是 PA0，根據圖 10.1.1 可知，調用該函數後中斷線 0 會自動連接到

PA0。如果某個時間，我們又同樣的方式初始化了 PB0，那麼 PA0 與中斷線的連結將被清除，

而直接連結 PB0 到中斷線 0。

2) 配置中斷優先級（NVIC），並使能中斷。

我們設置好中斷線和 GPIO 映射關係，然後又設置好了中斷的觸發模式等初始化參數。既

然是外部中斷，涉及到中斷我們當然還要設置 NVIC 中斷優先級。這個在前面已經講解過，這

裡我們就接著上面的範例， 設置中斷線 0 的中斷優先級並使能外部中斷 0 的方法為：

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,2,0); //搶佔優先級為 2，子優先級為 0

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); //使能中斷線 2

上面這段代碼相信大家都不陌生，我們在前面的串口實驗的時候講解過，這裡不再講解。

3) 編寫中斷服務函數。

我們配置完中斷優先級之後，接著要做的就是編寫中斷服務函數。中斷服務函數的名字是

在 HAL 庫中事先有定義的。這裡需要說明一下，STM32F1 的 IO 口外部中斷函數只有 7 個，分

別為：

void EXTI0_IRQHandler();

void EXTI1_IRQHandler();

void EXTI2_IRQHandler();

void EXTI3_IRQHandler();

void EXTI4_IRQHandler();

void EXTI9_5_IRQHandler();

void EXTI15_10_IRQHandler();

中斷線 0-4 每個中斷線對應一個中斷函數，中斷線 5-9 共用中斷函數 EXTI9_5_IRQHandler，中

斷線 10-15 共用中斷函數 EXTI15_10_IRQHandler。一般情況下，我們可以把中斷控制邏輯直接

編寫在中斷服務函數中，但是 HAL 庫把中斷處理過程進行了簡單封裝，請看下面步驟 5 講解。

5） 編寫中斷處理回調函數 HAL_GPIO_EXTI_Callback

在使用 HAL 庫的時候，我們也可以跟使用標準庫一樣，在中斷服務函數中編寫控制邏輯。

但 是 HAL 庫 為 了 用 戶 使 用 方 便 ， 它 提 供 了 一 個 中 斷 通 用 入 口 函 數

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，在該函數內部直接調用回調函數 HAL_GPIO_EXTI_Callback。

我們可以看看 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler 函數定義：

void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)

{

if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)

{

__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);

HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);

}

}

該函數實現的作用非常簡單，就是清除中斷標誌位，然後調用回調函數

HAL_GPIO_EXTI_Callback()實現控制邏輯。所以我們編寫中斷控制邏輯將跟串口實驗類似，在

中斷服務函數中直接調用外部中斷共用處理函數 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，然後在回調函

數 HAL_GPIO_EXTI_Callback 中通過判斷中斷是來自哪個 IO 口編寫相應的中斷服務控制邏輯。

講到這裡，相信大家對 STM32 的 IO 口外部中斷已經有了一定的了解。下面我們再總結一

下配置 IO 口外部中斷的一般步驟：

1）使能 IO 口時鐘。

2）調用函數 HAL_GPIO_Init 設置 IO 口模式，觸發條件，使能 SYSCFG 時鐘以及設置 IO

口與中斷線的映射關係。

3）配置中斷優先級（NVIC），並使能中斷。

4）在中斷服務函數中調用外部中斷共用入口函數 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler。

5）編寫外部中斷回調函數 HAL_GPIO_EXTI_Callback。

通過以上幾個步驟的設置，我們就可以正常使用外部中斷了。

本章，我們要實現同第七章差不多的功能，但是這裡我們使用的是中斷來檢測按鍵，還是

KEY_UP 控制 DS0，DS1 互斥點亮；KEY2 控制 DS0，按一次亮，再按一次滅；KEY1 控制 DS1，

效果同 KEY2；KEY0 則同時控制 DS0 和 DS1，按一次，他們的狀態就翻轉一次。

10.2 硬體設計

本實驗用到的硬體資源和第八章實驗的一模一樣，不再多做介紹了。

10.3 軟體設計

我們直接打開我們的光碟的實驗 3 外部中斷實驗工程，可以看到相比上一個工程，我們的

HARDWARE 目錄下面增加了 exti.c 文件，並且包含了頭文件 exti.h。extic.c 文件代碼如下：

//外部中斷初始化

void EXTI_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //開啟 GPIOA 時鐘

__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); //開啟 GPIOE 時鐘

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0; //PA0

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING; //上升沿觸發

GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN;

HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4; //PE2,3,4

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_FALLING; //下降沿觸發

GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;

HAL_GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_Initure);

//中斷線 0-PA0

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,2,0); //搶佔優先級為 2，子優先級為 0

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); //使能中斷線 0

//中斷線 2-PE2

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI2_IRQn,2,1); //搶佔優先級為 2，子優先級為 1

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn); //使能中斷線 2

//中斷線 3-PE3

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn,2,2); //搶佔優先級為 2，子優先級為 2

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn); //使能中斷線 2

//中斷線 4-PE4

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI4_IRQn,2,3); //搶佔優先級為 2，子優先級為 3

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn); //使能中斷線 4

}

//中斷服務函數

void EXTI0_IRQHandler(void)

{

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0); //調用中斷處理公用函數

}

void EXTI2_IRQHandler(void)

{

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_2); //調用中斷處理公用函數

}

void EXTI3_IRQHandler(void)

{

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_3); //調用中斷處理公用函數

}

void EXTI4_IRQHandler(void)

{

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_4); //調用中斷處理公用函數

}

//中斷服務程序中需要做的事情

//在 HAL 庫中所有的外部中斷服務函數都會調用此函數

//GPIO_Pin:中斷引腳號

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)

{

delay_ms(100); //消抖

switch(GPIO_Pin)

{

case GPIO_PIN_0:

if(WK_UP==1)

{

LED1=!LED1;//控制 LED0,LED1 互斥點亮

LED0=!LED1;

}

break;

case GPIO_PIN_2:

if(KEY2==0) //LED1 翻轉

{

LED1=!LED1;

}

break;

case GPIO_PIN_3:

if(KEY1==0) //同時控制 LED0,LED1 翻轉

{

LED0=!LED0;

LED1=!LED1;

}

break;

case GPIO_PIN_4:

if(KEY0==0)

{

LED0=!LED0;//控制 LED0 翻轉

}

break;

}

}

exti.c 文件總共包含 6 個函數。外部中斷初始化函數 void EXTIX_Init 用來配置 IO 口外部中

斷相關步驟並使能中斷，另一個函數 HAL_GPIO_EXTI_Callback 是外部中斷共用回調函數，用

來處理所有外部中斷真正的控制邏輯。其他 4 個都是中斷服務函數。

void EXTI0_IRQHandler(void)是外部中斷 0 的服務函數，負責 KEY_UP 按鍵的中斷檢測；

void EXTI2_IRQHandler(void)是外部中斷 2 的服務函數，負責 KEY2 按鍵的中斷檢測；

void EXTI3_IRQHandler(void)是外部中斷 3 的服務函數，負責 KEY1 按鍵的中斷檢測；

void EXTI4_IRQHandler(void)是外部中斷 4 的服務函數，負責 KEY0 按鍵的中斷檢測；

下面我們分別介紹這幾個函數。

首先是外部中斷初始化函數 void EXTIX_Init(void)，該函數內部主要做了兩件事情。首先

是調用 IO 口初始化函數 HAL_GPIO_Init 來初始化 IO 口，該函數的配置含義請看 10.1 小節中

關於 HAL_GPIO_Init 函數講解。其次是設置中斷優先級並使能中斷線。

接下來我們看看外部中斷服務函數，一共 4 個。所有的中斷服務函數內部都只調用了同樣

一個函數 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，該函數是外部中斷共用入口函數，函數內部會進行中

斷標誌位清零， 並且調用中斷處理共用回調函數 HAL_GPIO_EXTI_Callback。這在 10.1 小節

我們也有詳細的講解。

最後是外部中斷回調函數 HAL_GPIO_EXTI_Callback，該函數用來編寫真正的外部中斷控

制邏輯。該函數有一個入口參數就是 IO 口序號。所以我們在該函數內部，一般通過判斷 IO 口

序號值來確定中斷是來自哪個 IO 口，也就是哪個中斷線，然後編寫相應的控制邏輯。所以在

該函數內部，我們通過 switch 語句判斷 IO 口來源，例如是來自 GPIO_PIN_0，那麼一定是來自

PA0，因為中斷線一次只能連接一個 IO 口，而四個 IO 口中序號為 0 的 IO 口只有 PA0，所以中

斷線 0 一定是連接 PA0，也就是外部中斷由 PA0 觸發。

exti.h 頭文件裡面主要是一個函數申明，比較簡單，這裡不做過多講解。

接下來我們看看主函數，main 函數代碼如下：

int main(void)

{

HAL_Init(); //初始化 HAL 庫

Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //設置時鐘,72M

delay_init(72); //初始化延時函數

uart_init(115200); //初始化串口

LED_Init(); //初始化 LED

KEY_Init(); //初始化按鍵

EXTI_Init(); //初始化外部中斷

while(1)

{

printf("OK\r\n"); //列印 OK 提示程序運行

delay_ms(1000); //每隔 1s 列印一次

}

}

該部分代碼很簡單，先設置延時函數以及串口等外設。然後在初始化完中斷後，點亮 LED0，

就進入死循環等待了，這裡死循環裡面通過一個 printf 函數來告訴我們系統正在運行，在中斷

發生後，就執行相應的處理，從而實現第八章類似的功能。

10.4 下載驗證

在編譯成功之後，我們就可以下載代碼到戰艦 STM32 V3 開發板上，實際驗證一下我們的

程序是否正確。下載代碼後，在串口調試助手裡面可以看到如圖 10.4.1 所示信息：

圖 10.4.1 串口收到的數據

從圖 10.4.1 可以看出，程序已經在運行了，此時可以通過按下 KEY0、KEY1、KEY2

和KEY_UP 來觀察 DS0、DS1 是否跟著按鍵的變化而變化。