1 中断系统
定义：主程序运行过程中，出现了特定得中断触发条件(中断源)，使得CPU暂停当前正在运行的程序，转而处理中断程序，处理完成后再返回主程序中暂停的位置继续运行。
STM32F10x芯片有84个中断通道，包括16个内核中断和68个可屏蔽中断, 包括EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、I2C、RTC等多个外设.
嵌套向量中断控制器(Nested Vector Interrupt Controller, NVIC)属于M3内核的一个外设，控制着芯片的中断相关功能.
中断控制相关寄存器在固件库core_cm3.h文件NVIC结构体内。
中断优先级：每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，而优先级可以分为组成抢占式优先级和响应式优先级。高抢占优先级可以进行中断嵌套，高响应优先级则可以优先响应。比如，当前正在执行中断函数，此时有一个抢占优先级更高的中断信号过来，那么程序将进行中断嵌套；而当这个中断信号的抢占优先级和当前正在执行的中断函数相同，则需要等待当前的中断完成后再进行；而当两个抢占优先级相同的中断同时到达，那么响应优先级高的中断优先响应；而当两个抢占优先级和响应优先级均相同的中断同时到达，则按中断表中的序号决定响应的顺序。
2 外部中断
EXTI可以监测指定的GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将向NVIC发出中断申请，通过NVIC的裁决后即可执行中断程序。
触发方式
- 上升沿：由低电平变为高电平瞬间。
- 下降沿：由高电平变化低电平瞬间。
- 双边沿：产生电平变化瞬间，这里的电平变化可以指高电平变为低电平和低电平变为高电平。
- 软件触发：当程序执行了某个函数时自动调用中断程序。
外部中断/事件线映射: STM32F10x的EXTI具有20个中断/事件线,即16个GPIO_PIN和PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒.
所有的GPIO口均可以支持外部中断，但是相同的PIN脚不能同时触发中断。每个GPIO口相同PIN接入了AFIO中的对应位置用于触发对应的外部中断，当不同GPIO口的相同PIN脚均产生中断信号，实际上经过AFIO选择后只会响应其中一个中断。
响应方式：中断响应/事件响应.
- 中断响应：申请中断，请求执行对应的中断函数。
- 事件响应：不触发中断，而是触发其他外设进行操作，属于外设间的联合工作。
3 外部中断初始化
- 时钟使能：包括GPIO口时钟、AFIO时钟.(EXTI不需要使能时钟，而NVIC属于内核外设，同样不需要使能时钟)(配置RCC_APB2ENR寄存器)
- 配置GPIO：设置为输入/输出模式(具体的外设对应的配置模式需要查询参考手册).
- 配置AFIO：选择中断引脚
- 配置EXTI的触发方式和响应方式
- 配置NVIC选择中断优先级
4 外部中断库函数实现
- 使能时钟
- 函数原型：
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState) - 输入：
RCC_APB2Periph门控APB2外设时钟，也就是指定对应的外设来选定其对应的时钟，GPIOx口对应为RCC_APB2Periph_GPIOA和RCC_APB2Periph_AFIO;NewState: 指定使能(ENABLE)还是禁用(DISABLE)该外设的时钟。
- 设置IO口模式
- 函数原型：
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct) - 输入：
GPIOx用于指定使用的GPIO口(注意不是PIN);GPIO_InitStruct为指向GPIO_InitTypeDef类型结构体的指针，其成员为GPIO口的状态（输入/输出模式、输出速度、PIN脚）.
- 配置AFIO
- 函数1
- 函数原型：
void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState); - 输入：
GPIO_Remap用于指定具体的PIN来进行重映射;NewState: 指定重映射功能的状态.
- 函数原型：
- 函数2
- 函数原型：
void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource); - 输入：
GPIO_PortSource用于指定GPIO口;GPIO_PinSource用于指定具体的PIN脚.
- 函数原型：
- 配置EXTI
函数1
- 函数原型：
void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct); 输入:
EXTI_InitStruct为指向外部中断初始化结构体的指针.typedef struct { uint32_t EXTI_Line; // 指定中断线,即将GPIO口的PIN挂到AFIO的输出上 EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode; // 配置响应方式为中断响应还是事件响应 EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; // 配置触发方式 FunctionalState EXTI_LineCmd; // 指定EXTI的初始状态 }EXTI_InitTypeDef;- 函数功能：初始化EXTI
- 函数原型：
- 函数2
- 函数原型：
void EXTI_StructInit(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct); - 输入：
EXTI_InitStruct为指向外部中断初始化结构体的指针 - 功能：
- 函数原型：
- 函数3
- 函数原型：
void EXTI_GenerateSWInterrupt(uint32_t EXTI_Line); - 输入：
EXTI_Line为指定中断线 - 功能：用于软件触发
- 函数原型：
- 配置NVIC
- 函数1
- 函数原型：
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup); - 输入:
NVIC_PriorityGroup为指定中断分组的形式. - 功能：中断分组
- 函数原型：
函数2
- 函数原型：
void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct); 输入:
NVIC_InitStruct为指向NVIC_InitTypeDef初始化结构体的指针.typedef struct { uint8_t NVIC_IRQChannel; // 指定通道 uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority; // 指定抢占优先级 uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; // 指定响应优先级 FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; // 指定通道启用或禁用 } NVIC_InitTypeDef;功能：初始化NVIC
- 函数原型：
- 代码实现
指定PB12为中断通道,配置为下降沿触发、中断响应.
void EXTI_Init(void){
// 使能GPIOB时钟和AFIO时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
// 配置GPIO口为输入模式
GPIO_InitStruct GPIO_InitStructrue;
GPIO_InitStructrue.GPIO_Mode = GPIO_MODE_IPU;
GPIO_InitStructrue.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructrue.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructrue);
// 配置AFIO，选择PB12作为中断通道
GPIO_EXTILineConfig(GPIOB_PortSource, GPIO_PinSource_12);
// 配置EXTI，通道为12，中断响应，下降沿触发，并使能该通道
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructrue;
EXTI_InitStructrue.EXTI_Line = EXTI_Line12;
EXTI_InitStructrue.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructrue.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_InitStructrue.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructrue);
// 配置NVIC优先级分组，只有一个中断所以随便配置
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
// 初始化NVIC，EXTI10-15共用一个通道，抢占优先级和响应优先级随便，并使能该通道
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructtrue;
NVIC_InitStructtrue.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
NVIC_InitStructtrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructtrue.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructtrue.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructtrue)
}
// 中断处理函数
void EXTI15_10_IRQHandler(void){
// 由于该通道是共有通道，先判断是否为我们设置的通道申请了中断
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line_12) == SET){
// 清除中断标志位，否则会一直进入中断函数
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line_12);
// 进行中断处理
...
}
} 5 定时器中断
- TIM(Timer)定时器可以对输入的时钟进行计数，当计数值达到设定值时触发中断。定时器的计数器为16位，定时最大为59.65s。除了基本的定时中断功能外，还有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能，TIM可以分为高级定时器、通用定时器和基本定时器三种类型。
- 对于基本定时器，其时钟只能选择内部时钟，频率为内部时钟频率72MHz，通过预分频器分频来到计数器，当计数器得到一个方波信号则自增1(仅支持向上计数)，当计数器的值达到预先设定好的值时就会产生中断，而预先设定的值则是存放在自动重装载寄存器中。预分频器为16位，为0则进行1分频，此时输出频率等于输入频率；为1时进行2分频，输出频率等于输入频率的一半，以此类推；分频器的作用其实就是改变到达计数器的方波间的时间间隔。因此，当预分频器设置为65535、自动重装载寄存器(也是16位)也设置为65535，则达到最大计时时间，为:
- CNT_EN未使能时计数器CK_CNT不工作，当CNT_EN使能后CK_CNT才开始计数。而预分频控制分为两个寄存器，一个未预分频控制寄存器，是提供给用户进行写操作来修改分频，另一个则是预分频缓冲器，是定时器中实际操控分频的寄存器；当用户通过预分频控制寄存器修改分频时，分频会写入预分频控制寄存器而不会直接写入预分频缓冲器，即定时器并不会马上对分频进行修改，而是在中断产生后才修改分频，这可以避免同个定时周期内前后频率不一致的问题(可以通过修改ARPE寄存器来控制是否预装时序)。根据下面的时序图可以知道，当定时器的计数器CK_CNT达到设定值时并不会马上触发中断，而是需要等到下一个上升沿到来之后才进行中断并重装。而分频的实现实际上也是通过计数器实现，即预分频计数器，当预分频计数器重装时才会输出一个方波信号。
6 定时器中断初始化
- 使能时钟：RCC使能时钟
- 配置时钟源: 选择使用内部时钟源还是外部时钟源
- 配置时基单元：包括PSC、CNT、ARR
- 配置输出中断控制
- 配置NVIC
- 使能计数器
7 定时器中断库函数实现
使能时钟
配置时钟源
- 函数1
- 函数原型：
void TIM_InternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号 - 功能：时钟源选择内部时钟
- 函数原型：
- 函数2
- 函数原型：
void TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号,TIM_InputTriggerSource选择接入的定时器 - 功能：选择ITRx其他定时器的时钟，即实现定时器的串联
- 函数原型：
- 函数3
- 函数原型：
void TIM_TIxExternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TIxExternalCLKSource, uint16_t TIM_ICPolarity, uint16_t ICFilter); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号,TIM_TIxExternalCLKSource选择TIx具体的引脚，TIM_ICPolarity选择极性，ICFilter选择滤波器 - 功能：选择TIx捕获通道的时钟
- 函数原型：
- 函数4
- 函数原型：
void TIM_ETRClockMode1Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler, uint16_t TIM_ExtTRGPolarity, uint16_t ExtTRGFilter); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号,TIM_ExtTRGPrescaler对ETR外部时钟进行预分频，TIM_ExtTRGPolarity选择极性，ExtTRGFilter选择滤波器。 - 功能：使用ETR通过外部时钟模式1输入的时钟
- 函数原型：
- 函数5
- 函数原型：
void TIM_ETRClockMode2Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler, uint16_t TIM_ExtTRGPolarity, uint16_t ExtTRGFilter); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号,TIM_ExtTRGPrescaler对ETR外部时钟进行预分频，TIM_ExtTRGPolarity选择极性，ExtTRGFilter选择滤波器。 - 功能：使用ETR通过外部时钟模式2输入的时钟
- 函数原型：
- 函数6
- 函数原型：
void TIM_ETRConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler, uint16_t TIM_ExtTRGPolarity, uint16_t ExtTRGFilter); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号，TIM_ExtTRGPrescaler选择预分频，TIM_ExtTRGPolarity选择极性，ExtTRGFilter选择滤波器。 - 功能：配置ETR引脚的预分频器、极性、滤波器等参数。
- 函数原型：
- 配置时基单元
- 函数1
- 函数原型：
void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号，TIM_TimeBaseInitStruct为指向定时器初始化结构体TIM_TimeBaseInitTypeDef类型的指针, 结构体定义为：typedef struct { uint16_t TIM_Prescaler; // 设置预分频器 uint16_t TIM_CounterMode; // 设置计数模式 uint16_t TIM_Period; // ARR自动重装器的值 uint16_t TIM_ClockDivision; // 设置时钟分频，即采样频率 uint8_t TIM_RepetitionCounter; // 重复计数器的值 } TIM_TimeBaseInitTypeDef; - 功能：配置时基单元
- 函数原型：
- 函数2
- 函数原型：
void TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Prescaler, uint16_t TIM_PSCReloadMode); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号，Prescaler选择预分频，TIM_PSCReloadMode配置是否采用影子寄存器. - 功能：配置分频
- 函数原型：
- 函数3
- 函数原型：
void TIM_CounterModeConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_CounterMode); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号，TIM_CounterMode选择计数模式(向上、向下、中央对称). - 功能：配置计数器
- 函数原型：
- 函数4
- 函数原型：
void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号，NewState选择是否有预装功能 - 功能: 自动重装载寄存器预装功能配置
- 函数原型：
- 函数5
- 函数原型：
void TIM_SetCounter(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Counter); - 功能：给计数器写入一个值
- 函数原型：
- 函数6
- 函数原型：
void TIM_SetAutoreload(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Autoreload); - 功能：给自动重装器写入一个值
- 函数原型：
- 函数7
- 函数原型：
uint16_t TIM_GetCounter(TIM_TypeDef* TIMx); - 功能：读取计数器当前的值
- 函数原型：
- 函数8
- 函数原型：
uint16_t TIM_GetPrescaler(TIM_TypeDef* TIMx); - 功能：读取预分频器的值
- 函数原型：
- 函数9-12
FlagStatus TIM_GetFlagStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);、ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);：获取定时器的中断标志位void TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);、void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);：清除定时器的中断标志位
- 配置输出中断控制
- 函数原型：
void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号，TIM_IT选择中断输出，NewState为使能/禁用定时器中断
- 配置NVIC
- 使能计数器
- 函数原型：
void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState); - 输入：
TIMx选择使用的定时器编号，NewState为使能/禁用定时器
- 代码实现
配置初始化定时器TIM2, 定时为1s.
void TIM_Init(void){
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
TIM_InternalClockConfig(TIM2); // 默认使用内部时钟，可不写
// 配置时基单元
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructrue;
TIM_TimeBaseInitStructrue.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructrue.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1；
TIM_TimeBaseInitStructrue.TIM_Prescaler = 7200 - 1;;
TIM_TimeBaseInitStructrue.TIM_Period = 10000 - 1;
TIM_TimeBaseInitStructrue.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructrue);
// 配置完时基单元后会将中断标志位置1，这里需要将标志位清空
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_IT_Update);
// 使能更新中断
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
// 配置NVIC
// 配置NVIC优先级分组，只有一个中断所以随便配置
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
// 初始化NVIC，EXTI10-15共用一个通道，抢占优先级和响应优先级随便，并使能该通道
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructtrue;
NVIC_InitStructtrue.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
NVIC_InitStructtrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructtrue.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructtrue.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructtrue)
// 使能定时器中断
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
void TIM2_IRQHandler(void){
if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET){
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
// 中断操作
...
}
}
