EXTI(External interrupt/event controller)—外部中断/事件控制器,管理了控制器的 20 个中断/事件线。每个输入线可以独立地配置输入类型(脉冲 或挂起)和对应的触发事件(上升沿或下降沿或者双边沿都触发)。EXTI 可以实现对每个中断/事件线进行单独配置,可以单独配置为中断或者事件,以及触发事件的属性。每个输入线都可以独立地被屏 蔽。挂起寄存器保持着状态线的中断请求。
EXTI控制器的主要特性如下:
● 每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽
● 每个中断线都有专用的状态位
● 支持多达20个软件的中断/事件请求
● 检测脉冲宽度低于APB2时钟宽度的外部信号。
EXTI 的功能框图包含了 EXTI 最核心内容,掌握了功能框图,对 EXTI 就有一个整体的把握,在编程时思路就非常清晰。
在图 EXTI 功能框图中可以看到很多在信号线上打一个斜杠并标注“20”字样(“/20”),这个表示在EXTI控制器内部类似的信号线路有 20 个,这与 EXTI 总共有 20 个中断/事件线时一样的。
EXTI控制器的功能可分为两大部分,一个功能是产生中断,另一个功能是产生事件,这两个功能从硬件上就有所不同。
红色虚线指示的电路流程就是一个产生中断的线路,最终产生的信号是流入到 NVIC 控制器内。
编号 1 是输入线,STM32F103系列EXTI 控制器有 19 个中断/事件输入线,这些输入线可以通过寄存器设置为任意一个 GPIO,也可以是一些外设的事件,输入线一般是存在电平变化的信号。
编号 2 是一个边沿检测电路,它会根据上升沿触发选择寄存器 (EXTI_RTSR) 和下降沿触发选择寄存器 (EXTI_FTSR) 对应位的设置来控制信号触发。边沿检测电路以输入线作为信号输入端,如果检测到有边沿跳变就输出有效信号 1 给编号 3 电路,否则输出无效信号 0。而 EXTI_RTSR 和EXTI_FTSR 两个寄存器可以控制器需要检测哪些类型的电平跳变过程,可以是只有上升沿触发、只有下降沿触发或者上升沿和下降沿都触发。
编号 3 电路实际就是一个或门电路,它一个输入来自编号 2 电路,另外一个输入来自软件中断事件寄存器 (EXTI_SWIER)。EXTI_SWIER 允许我们通过程序控制就可以启动中断/事件线,这在某些地方非常有用。我们知道或门的作用就是有 “1“ 就为 ”1“,所以这两个输入随便一个是有效信号 ”1“就可以输出 ”1“ 给编号 4 和编号 6 电路。
编号 4 电路是一个与门电路,它一个输入是编号 3 电路,另外一个输入来自中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)。与门电路要求输入都为 1 才输出 1,导致的结果是如果 EXTI_IMR 设置为 0 时,那不管编号 3 电路的输出信号是 1 还是 0,最终编号 4 电路输出的信号都为 0;如果 EXTI_IMR设置为 1 时,最终编号 4 电路输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决定,这样我们可以简单的控制 EXTI_IMR 来实现是否产生中断的目的。编号 4 电路输出的信号会被保存到挂起寄存器(EXTI_PR) 内,如果确定编号 4 电路输出为 1 就会把 EXTI_PR 对应位置 1。
编号 5 是将 EXTI_PR 寄存器内容输出到 NVIC 内,从而实现系统中断事件控制。
接下来我们来看看绿色虚线指示的电路流程。它是一个产生事件的线路,最终输出一个脉冲信号。产生事件线路是在编号 3 电路之后与中断线路有所不同,之前电路都是共用的。
编号 6 电路是一个与门,它一个输入来自编号 3 电路,另外一个输入来自事件屏蔽寄存器 (EXTI_EMR)。如果EXTI_EMR 设置为 0 时,那不管编号 3 电路的输出信号是 1 还是 0,最终编号 6 电路输出的信号都为 0;如果 EXTI_EMR 设置为 1 时,最终编号 6 电路输出的信号才由编号 3 电路的输出信号决定,这样我们可以简单的控制 EXTI_EMR 来实现是否产生事件的目的。
编号 7 是一个脉冲发生器电路,当它的输入端,即编号 6 电路的输出端,是一个有效信号 1 时就会产生一个脉冲;如果输入端是无效信号就不会输出脉冲。
编号 8 是一个脉冲信号,就是产生事件的线路最终的产物,这个脉冲信号可以给其他外设电路使用,比如定时器 TIM、模拟数字转换器 ADC 等等,这样的脉冲信号一般用来触发 TIM 或者 ADC开始转换。
产生中断线路目的是把输入信号输入到 NVIC,进一步会运行中断服务函数,实现功能,这样是软件级的。而产生事件线路目的就是传输一个脉冲信号给其他外设使用,并且是电路级别的信号传输,属于硬件级的。
如果需要产生中断,必须先配置好并使能中断线。根据需要的边沿检测设置2个触发寄存器,同时在中断屏蔽寄存器的相应位写’1’允许中断请求。当外部中断线上发生了需要触发的边沿时,将产生一个中断请求,对应的挂起位也随之被置’1’。在挂起寄存器的对应位写’1’,将清除该中断请求。通过在软件中断寄存器写’1’,也可以通过软件产生中断请求。
如果需要产生事件,必须先配置好并使能事件线。根据需要的边沿检测设置2个触发寄存器,同时在事件屏蔽寄存器的相应位写’1’允许事件请求。当事件线上发生了需要触发的边沿时,将产生一个事件请求脉冲,对应的挂起位不被置’1’。通过在软件事件寄存器写’1’,也可以通过软件产生事件请求。
通过下面的过程来配置20个线路做为中断源:
● 配置20个中断线的屏蔽位(EXTI_IMR)
● 配置所选中断线的触发选择位(EXTI_RTSR和EXTI_FTSR);
● 配置对应到外部中断控制器(EXTI)的NVIC中断通道的使能和屏蔽位,使得20个中断线中的请求可以被正确地响应。
通过下面的过程,可以配置20个线路为事件源
● 配置20个事件线的屏蔽位(EXTI_EMR)
● 配置事件线的触发选择位(EXTI_RTSR和EXTI_FTSR)
20个线路可以被配置成软件中断/事件线。下面是产生软件中断的过程:
● 配置20个中断/事件线屏蔽位(EXTI_IMR, EXTI_EMR)
● 设置软件中断寄存器的请求位(EXTI_SWIER)
EXTI0 至 EXTI15 用于 GPIO,通过编程控制可以实现任意一个 GPIO 作为 EXTI 的输入源。
另外四个EXTI线的连接方式如下:
● EXTI线16连接到PVD输出
● EXTI线17连接到RTC闹钟事件
● EXTI线18连接到USB唤醒事件
● EXTI线19连接到以太网唤醒事件(只适用于互联型产品)
通过AFIO_EXTICRx配置GPIO线上的外部中断/事件,必须先使能AFIO时钟。
标准库函数对每个外设都建立了一个初始化结构体,比如 EXTI_InitTypeDef,结构体成员用于设置外设工作参数,并由外设初始化配置函数,比如 EXTI_Init() 调用,这些设定参数将会设置外设相应的寄存器,达到配置外设工作环境的目的。
初始化结构体定义在 stm32f4xx_exti.h 文件中,初始化库函数定义在 stm32f4xx_exti.c 文件中。
/**@brief EXTI 初始化结构体定义 */
typedef struct
{
uint32_t EXTI_Line; /*!< 中断/事件线 */
EXTIMode_TypeDef EXTI_Mode; /*!< EXTI 模式 */
EXTITrigger_TypeDef EXTI_Trigger; /*!< 触发类型f */
FunctionalState EXTI_LineCmd; /*!< EXTI 使能 */
}EXTI_InitTypeDef;
1) EXTI_Line:EXTI 中断/事件线选择。
可选 EXTI0 至 EXTI19。
2) EXTI_Mode:EXTI 模式选择。
可选为产生中断 (EXTI_Mode_Interrupt) 或者产生事件(EXTI_Mode_Event)。
3) EXTI_Trigger:EXTI 边沿触发事件。
可选上升沿触发 (EXTI_Trigger_Rising)、下降沿触发 (EXTI_Trigger_Falling) 或者上升沿和下降沿都触发 ( EXTI_Trigger_Rising_Falling)。
4) EXTI_LineCmd:控制是否使能 EXTI 线。
可选使能 EXTI 线 (ENABLE) 或禁用 (DISABLE)。
在库函数中,配置 GPIO 与中断线的映射关系的函数 GPIO_EXTILineConfig()来实现的:
void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
该函数将 GPIO 端口与中断线映射起来,使用范例是:
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource2);
将中断线 2 与 GPIOE 映射起来。设置好中断线映射之后,接下来我们就要设置该中断线上中断的初始化参数了。
中断线上中断的初始化是通过函数 EXTI_Init()实现的。EXTI_Init()函数的定义是:
void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line4;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根据 EXTI_InitStruct 中指定的
//参数初始化外设 EXTI 寄存器
上面的例子实现的功能是设置中断线 4 上的中断为下降沿触发。
我们设置好中断线和 GPIO 映射关系,然后又设置好了中断的触发模式等初始化参数。既然是外部中断,涉及到中断我们当然还要设置 NVIC 中断优先级。设置NVIC中断优先级的知识已经在上一篇文章详细的介绍了,不太了解的可以先去看看上一篇文章。
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQn; //使能按键外部中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02; //抢占优先级 2,
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02; //子优先级 2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //中断优先级分组初始化
我们配置完中断优先级之后,接着我们要做的就是编写中断服务函数。中断服务函数的名 字是在 MDK 中事先有定义的。这里需要说明一下,STM32 的 IO 口外部中断函数只有 6 个,分别为:
EXPORT EXTI0_IRQHandler
EXPORT EXTI1_IRQHandler
EXPORT EXTI2_IRQHandler
EXPORT EXTI3_IRQHandler
EXPORT EXTI4_IRQHandler
EXPORT EXTI9_5_IRQHandler
EXPORT EXTI15_10_IRQHandler
中断线 0-4 每个中断线对应一个中断函数,中断线 5-9 共用中断函数 EXTI9_5_IRQHandler,中断线 10-15 共用中断函数 EXTI15_10_IRQHandler。在编写中断服务函数的时候会经常使用到两个函数,第一个函数是判断某个中断线上的中断是否发生(标志位是否置位):
ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line);
这个函数一般使用在中断服务函数的开头判断中断是否发生。另一个函数是清除某个中断线上的中断标志位:
void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line);
这个函数一般应用在中断服务函数结束之前,清除中断标志位。
常用的中断服务函数格式为:
void EXTI3_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3)!=RESET)//判断某个线上的中断是否发生
{
中断逻辑…
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); //清除 LINE 上的中断标志位
}
}
使用 IO 口外部中断的一般步骤:
1)初始化 IO 口为输入。
2)开启 AFIO 时钟
3)设置 IO 口与中断线的映射关系。
4)初始化线上中断,设置触发条件等。
5)配置中断分组(NVIC),并使能中断。
6)编写中断服务函数。
本实验用到的硬件资源有:
1) 指示灯 DS0、DS1
2) 蜂鸣器
3) 3 个按键:KEY0、KEY1 和 KEY_UP。
DS0、DS1 以及蜂鸣器和 STM32F1 的连接在之前的博文都已经分别介绍了,在精英 STM32F103 上的按键 KEY0 连接在 PE4 上、KEY1 连接在 PE3 上、KEY_UP 连接在 PA0 上。如图所示:
这里需要注意的是:KEY0 和 KEY1 是低电平有效的,而 KEY_UP 是高电平有效的,并且外部都没有上下拉电阻,所以,需要在 STM32F1 内部设置上下拉。
在工程文件目录下面新建两个文件夹分别为:exti.c和exti.h。并在把源文件添加到工程,和添加头文件的路径。
exit.c 文件将要编写4 个函数。
一个是外部中断初始化函数:
void EXTIX_Init(void);
三个都是中断服务函数:
void EXTI0_IRQHandler(void);//是外部中断 0 的服务函数,负责 WK_UP 按键的中断检测;
void EXTI3_IRQHandler(void);//是外部中断 3 的服务函数,负责 KEY1 按键的中断检测;
void EXTI4_IRQHandler(void);//是外部中断 4 的服务函数,负责 KEY0 按键的中断检测;
#include "exti.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "beep.h"
//外部中断初始化函数
void EXTIX_Init(void)
{
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
KEY_Init(); // 按键端口初始化
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE); //使能复用功能时钟
//GPIOE.3 中断线以及中断初始化配置 下降沿触发 //KEY1
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource3);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line3;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器
//GPIOE.4 中断线以及中断初始化配置 下降沿触发 //KEY0
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource4);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line4;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器
//GPIOA.0 中断线以及中断初始化配置 上升沿触发 PA0 WK_UP
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource0);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; //使能按键WK_UP所在的外部中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02; //抢占优先级2,
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x03; //子优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI3_IRQn; //使能按键KEY1所在的外部中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02; //抢占优先级2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01; //子优先级1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI4_IRQn; //使能按键KEY0所在的外部中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02; //抢占优先级2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x00; //子优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
}
//外部中断0服务程序
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
delay_ms(10);//消抖
if(WK_UP==1) //WK_UP按键
{
BEEP=!BEEP;
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); //清除LINE0上的中断标志位
}
//外部中断3服务程序
void EXTI3_IRQHandler(void)
{
delay_ms(10);//消抖
if(KEY1==0) //按键KEY1
{
LED1=!LED1;
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); //清除LINE3上的中断标志位
}
//外部中断4服务程序
void EXTI4_IRQHandler(void)
{
delay_ms(10);//消抖
if(KEY0==0) //按键KEY0
{
LED0=!LED0;
LED1=!LED1;
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line4); //清除LINE4上的中断标志位
}
#ifndef __EXTI_H
#define __EXIT_H
#include "sys.h"
void EXTIX_Init(void);//外部中断初始化
#endif
main.c中的代码
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "exti.h"
#include "beep.h"
int main(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级,2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口
BEEP_Init(); //初始化蜂鸣器IO
EXTIX_Init(); //初始化外部中断输入
LED0=0; //先点亮红灯
while(1)
{
printf("OK\r\n");
delay_ms(1000);
}
}
当WK_UP 按下时,蜂鸣器的状态反转(即响变为不响,不响变成响);
当KEY_0按下时, LED1的状态反转(即亮变成不亮,不亮变成亮);
当KEY_0按下时,LED0和LED1的状态同时反转(即亮变成不亮,不亮变成亮);
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