02-STM32基础---时钟、GPIO、中断

02-STM32基础—时钟、GPIO、中断

此处部分概念为简介，后面会根据具体 外设的使用 和 功能的实现 补充

1. RCC-时钟部分

RCC（reset clock control）：复位和时钟控制器。

1.1 性能线框图

STM32F103xC, STM32F103xD and STM32F103xE performance line block diagram。

1.2 时钟树

CPU上电的时候，默认情况下：

• 内部8M RC振荡器（HSI），时钟供给 SYSCLK系统时钟 8M，SYSCLK时钟信号经过AHB预分频器，分频系数默认是1，
  • AHB时钟线上 HCLK高速时钟频率只有8M，
  • AHB时钟线分叉出2条时钟线，也分别对应2个预分频器，APB1预分频和APB2预 分频器里值默认都是1，所以：
    • APB1时钟线上，PCLK1时钟信号是 8M
    • APB2时钟线上，PCLK2时钟信号是 8M
• 进入main函数之前，库(startup_stm32f10x_hd.s 启动文件 )会帮我们配置时钟，外部的高速时钟可以取值为 4~16M，一般选8M晶振，8M 经过PLL锁相环倍频器，可以让倍频系数值为9，这里出来PLLCLK锁相环时钟为最高72MHz，单刀三击开关选择PLLCLK作为SYSCLK系统时钟，系统时钟信号也是 72M Hz，AHB 和APB2预分频器分频里值是1，APB1预分频器值是2，最终：
  • AHB 的HCLK时钟信号 72M
  • APB1上 PCLK1是 36M
  • APB2上PCLK2是 72M

1.3 系统时钟的时钟源

1.3.1 时钟源

• STM32一共有 4个时钟源 ，时钟源就是产生时钟信号（高低电平脉冲）的源头
  • 有2个高速晶振：
    • HSI：高速时钟 内部高速时钟源，是一个由电阻和电容构成 RC振荡器，可以产生8M Hz
    • HSE：芯片外部的高速时钟，这个是通常接 外部石英晶振，4~16M 之间，一般选择8M Hz
  • 还有2个低速时钟：
    • LSI：芯片内部 ，40K Hz，会受温度影响
    • LSE：外部低速时钟，32.768K Hz

1.3.2 芯片内3条时钟线

• AHB时钟线 最高运行稳定可靠频率是72M Hz，时钟信号名字 HCLK 高速时钟

• APB2时钟线 最高运行稳定可靠频率是72M Hz，时钟信号名字 PCLK2

• APB1时钟线 最高运行稳定可靠频率是36M Hz，时钟信号名字 PCLK1

• GPIOA GPIOB … GPIOG 所有的GPIO外设都挂在 APB2时钟线上

• 8个定时器 TIM1、TIM2 … TIM8 只有TIM1、 TIM8这2个高级定时器挂在APB2时钟线，其余都在APB1是时钟线

• 5个串口 USART1、USART2 … UART5 只有USART1 挂在APB2时钟线，其余在APB1 …

1.4 其他时钟

1.4.1 USB 时钟

USB 时钟是由 PLLCLK 经过 USB 预分频器得到，分频因子可以是：[1,1.5]，具体的由时钟配置寄存器 CFGR 的位 22：USBPRE 配置。USB 的时钟最高是 48M，根据分频因子反推 过 来 算 ， PLLCLK 只 能 是 48M 或 者 是 72M 。 一 般 我 们 设 置 PLLCLK=72M ，USBCLK=48M。USB 对时钟要求比较高，所以 PLLCLK 只能是由 HSE 倍频得到，不能使用 HSI 倍频。

1.4.2 Cortex 系统时钟

Cortex 系统时钟由 HCLK 8 分频得到，等于 9M，Cortex 系统时钟用来驱动内核的系统定时器 SysTick，SysTick 一般用于操作系统的时钟节拍，也可以用做普通的定时。

1.4.3 ADC 时钟

ADC 时钟由 PCLK2 经过 ADC 预分频器得到，分频因子可以是[2,4,6,8]，具体的由时钟配置寄存器 CFGR 的位 15-14：ADCPRE[1:0]决定。很奇怪的是怎么没有 1 分频。ADC 时钟最高只能是 14M，如果采样周期设置成最短的 1.5 个周期的话，ADC 的转换时间可以达到最短的 1us。如果真要达到最短的转换时间 1us 的话，那 ADC 的时钟就得是 14M，反推PCLK2 的时钟只能是：28M、56M、84M、112M，鉴于 PCLK2 最高是 72M，所以只能取28M 和 56M。

1.4.4 RTC 时钟、独立看门狗时钟

RTC 时钟可由 HSE/128 分频得到，也可由低速外部时钟信号 LSE 提供，频率为32.768KHZ，也可由低速内部时钟信号 HSI 提供，具体选用哪个时钟由备份域控制寄存器BDCR的位9-8：RTCSEL[1:0]配置。独立看门狗的时钟由 LSI提供，且只能是由 LSI提供，LSI 是低速的内部时钟信号，频率为 30~60KHZ 直接不等，一般取 40KHZ。

1.4.5 MCO 时钟输出

MCO 是 microcontroller clock output 的缩写，是微控制器时钟输出引脚，在 STM32 F1系列中 由 PA8 复用所得，主要作用是可以对外提供时钟，相当于一个有源晶振。MCO 的时钟来源可以是：PLLCLK/2、HSI、HSE、SYSCLK，具体选哪个由时钟配置寄存器CFGR 的位 26-24：MCO[2:0]决定。除了对外提供时钟这个作用之外，我们还可以通过示波器监控 MCO 引脚的时钟输出来验证我们的系统时钟配置是否正确。

2. GPIO

2.1 概述

• 概念：GPIO(General Purpose Input/Output)：stm32 的 通用输入输出 端口，STM32 芯片的 GPIO 引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能；

• 作用：负责采集外部器件的信息或者控制外部器件工作，即输入输出；

• 特性：

  • 快速翻转，每次翻转最快只需要2个时钟周期
  • 每个IO都可以用作中断
  • 支持8种工作模式

• 电气特性：

  • STM32工作电压范围：2V <= VDD <= 3.6V；
  • GPIO识别电压范围：
    • COMS端口(3.3V)：-0.3 <= V_IL <= 1.164V 逻辑0，1.833V <= V_IL <= 3.6V逻辑1；
    • TTL(3.3V或5V)：STM32芯片手册里面 I/O电平一栏 用FT标识的是TTL电平，没有标识的就是CMOS端口；
  • GPIO输出电流：单个IO口，最大25mA，想输出更大的电流： 接二极管、MOS 管、继电器等方案

• 引脚类型：

  • 电源引脚：一般以V字母开头的可以认为是电源引脚；
  • 晶振引脚：
    • 外部低速晶振：PC14-OSC32_IN（32.768KHz）、PC15-OSC32_OUT
    • 外部高速晶振：OSC_IN、OSC_OUT
  • 复位引脚：NRST
  • 下载引脚：串口等
  • BOOT引脚：BOOT0、BOOT1
  • GPIO引脚：以P开头的 PA0~PA15…PG0-PG15

2.1 GPIO 框图

该图从最右端看起，最右端就是代表 STM32 芯片引出的 GPIO 引脚，其余左边部件都位于芯片内部。

• 保护二极管：
  • IO 引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入，当引脚电压高于 VDD 时，上方的二极
    管导通，当引脚电压低于 VSS 时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁 。
• 上拉、下拉电阻：
  • 30K-50K Ω之间
  • 控制引脚默认状态的电压，开启上拉的时候引脚默认电压为高电平，开启下拉的时候引脚默认电压为低电平
• TTL 施密特触发器：
  • 是一种整形电路，可以将非标准方波，整形成方波
  • 基本原理是：
    • 当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；
    • 当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；
    • 当输入电压在正负阈值电压之间，输出不变；
    • IO 口信号经过触发器后，模拟信号转化为 0 和 1 的数字信号。
• P-MOS 管和 N-MOS 管：
  • MOS管是压控型元件，通过控制栅源电压（Vgs）来实现导通或者关闭；
  • 信号由 P-MOS 管和 N-MOS 管，依据两个 MOS 管的工作方式，使得 GPIO 具有“推挽输出”和“开漏输出”的模
    式。P-MOS 管高电平导通，低电平关闭，下方的 N-MOS 低电平导通，高电平关闭

2.2 GPIO 端口

• 想要实现硬件功能，当然是通过 控制 STM32 芯片的 I/O 引脚电平的高低来实现。
• STM32 芯片的 GPIO 被分成很多组，每组有 16 个引脚，如型号为 STM32F103ZET6 型号的芯片有 GPIOA、GPIOB、GPIOC … 至 GPIOG 共 7 组 GPIO，芯片一共 144 个引脚，其中 GPIO就占了 112个，所有的 GPIO 引脚都有基本的输入输出功能。
• 最 基本的输出 功能是由 STM32 控制引脚输出高、低电平，实现开关控制，如：把 GPIO引脚接入到 LED 灯，那就可以控制 LED 灯的亮灭（就是把 GPIO 的引脚连接到 LED 灯的阴极，LED 灯的阳极接电源，然后通过 STM32 控制该引脚的电平，从而实现控制 LED 灯的亮灭），引脚接入到继电器或三极管，那就可以通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。
• 最 基本的输入 功能是检测外部输入电平，如把 GPIO 引脚连接到按键，通过电平高低区分按键是否被按下。

2.2.1 GPIO 寄存器

• 要控制GPIO端口，就要涉及相关寄存器，参见《STM32参考手册》GPIO寄存器描述。

  

• 每个 GPIO端口 有：

  • 两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，
  • 两个32位数据寄存器(GPIOx_IDR，GPIOx_ODR)，
  • 一个32位 置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)，
  • 一个16位 复位寄存器(GPIOx_BRR)
  • 一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。

• 关于寄存器名称如GPIOx-CRL，GPIOx_CRH上的标号x，其取值可以为图中括号内的值(A…E)，表示这些寄存器也跟GPIO一样，是分组的。也就是说，对于端口GPIOA和GPIOB，它们都有互不相干的一组寄存器，如控制GPIOA的寄存器名为GPIOA-CRL，GPIOA-CRH等，而控制GPIOB的则是不同的被命名为GPIOB_CRL，GPIOB_CRH等的寄存器。

• 根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征，GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式：

  typedef enum 
  { 
      GPIO_Mode_AIN = 0x0,           // 模拟输入 
      GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,  // 浮空输入 
      GPIO_Mode_IPD = 0x28,          // 下拉输入 
      GPIO_Mode_IPU = 0x48,          // 上拉输入 
      GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,       // 开漏输出 
      GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,       // 推挽输出 
      GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,        // 复用开漏输出 
      GPIO_Mode_AF_PP = 0x18         // 复用推挽输出 
  } GPIOMode_TypeDef;
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  11

每个I/O端口位可以自由编程，然而I/O端口寄存器必须按32位字被访问(不允许半字或字节访问)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许对任何GPIO寄存器的读/更改的独立访问；

这样，在读和更改访问之间产生IRQ时不会发生危险。

2.2.2 GPIO 的八种工作模式

1)、浮空输入

• GPIO_Mode_IN_FLOATING，输入用，完全浮空，状态不定；
• 浮空输入模式下，I/O 端口的 电平信号 直接进入 输入数据寄存器。MCU 直接读取 I/O 口电平，I/O 的电平状态是不 确定的，完全由外部输入决定；
• 如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的，低功耗。

2)、上拉输入

• GPIO_Mode_IPU（In Pull Up），输入用，用内部上拉，默认是高电平
• IO 内部接上拉电阻，此时如果 IO 口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO 口默认为高电平，如果 I/O 口输入低电平，那么引脚就为低电平，MCU 读取到的就是低电平。
• 应用场景：钳位电平、增强驱动能力、抗干扰。可以用来检测外部信号；例如，按键等；

3)、下拉输入

• GPIO_Mode_IPD（In Pull Down），输入用，用内部下拉，默认是低电平
• IO 内部接下拉电阻，此时如果 IO 口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO 口默认为低电平，如果 I/O 口输入高电平，那么引脚就为高电平，MCU 读取到的就是高电平，可以用来检测外部信号；例如，按键等；

4)、模拟输入

• GPIO_Mode_AIN（Analog Input），输入至ADC、DAC片上外设
• 当 GPIO 引脚用于 ADC 采集电压的输入通道时，用作"模拟输入"功能，此时信号不经过施密特触发器，直接进入ADC 模块

5)、推挽输出

• GPIO_Mode_Out_PP（out push—pull），驱动能力强，25mA(max)，通用输出
• 在推挽输出模式时，N-MOS 管和 P-MOS 管都工作，如果我们控制 输出为 0，则 P-MOS 管关闭，N-MOS管导通，I/O 端口是低电平，若控制 输出为 1 ，则 P-MOS 管导通， N-MOS 管关闭，I/O 端口就是高电平，外部上拉和下拉的作用是控制在没有输出时 IO 口电平
• 此时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR 可读取 I/O 的实际状态。I/O 口的电平一定是输出的电平，一般应用在输出电平为 0 和 3.3 伏而且需要高速切换开关状态的场合。

6)、开漏输出

• GPIO_Mode_Out_OD（out open drain），软件IIC的SDA、SCL等

• 在开漏输出模式时，只有 N-MOS 管工作（P-MOS管始终不被激活），

  • 如果我们控制输出为 0，低电平，则 N-MOS 管导通，使输出低电平，I/O 端口的电平就是低电平，
  • 若控制输出为 1 时，高电平，则 P-MOS 管和 N-MOS 管都关闭，输出指令就不会起到作用，此时 I/O 端口的电平就不会由输出的高电平决定，而是由 I/O 端口 外部的上拉或者下拉决定，如果没有上拉或者下拉 IO 口就处于悬空状态。

• 并且此时 施密特触发器是打开 的，即 输入可用，通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR 可读取 I/O 的实际状态。I/O 口的电平不一定是输出的电平。一般应用在 I2C、SMBUS 通讯等需要"线与"功能的总线电路中。

7)、复用推挽输出

• GPIO_AF_PP（alternate function open push—pull），片上外设输出功能（SPI的SCK、MISO、MOSI引脚等）
• 输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效，输出的高低电平的来源于其它外设；
• 施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，除了输出信号的来源改变，其他与推挽输出功能相同。应用于片内外设功能（I2C 的 SCL,SDA）等。

8)、复用开漏输出

• GPIO_AF_OD（alternate function open drain），片上外设输出功能（硬件IIC的SDA、SCL引脚等）

• 输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效，输出的高低电平的来源于片上外设；

• 施密特触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，除了输出信号的来源改变 其他与开漏输出功能相同。

2.3 GPIO 使用步骤

为了使用GPIO，需要在STM32F10x代码中进行以下 步骤：

1. 启用GPIO时钟：使用 RCC_APB2PeriphClockCmd 函数 启用特定GPIO管脚的时钟信号 以使其变得可用。
2. 配置GPIO模式：使用 GPIO_InitTypeDef 结构体配置GPIO管脚的 输入/输出模式、引脚速度和 引脚上下拉控制。
3. 读取或控制GPIO状态：使用 GPIO_ReadInputDataBit 和 GPIO_SetBits 等函数读取或控制GPIO的引脚状态。

2.3.1 示例：小灯闪烁

#include "stm32f10x.h"

//延时函数
void  delay(unsigned int i)
{
    while(i--)
    {
        int j=10000;
        while(j--);
    }
}

// 经过原理图分析，PE5接D1 输出低电平小灯（LED1 发光二极管）亮，高电平不亮
int main()
{//RCC reset clock contrl
	//第一步，开相关片上外设时钟，这里GPIO，所有的GPIO外设都在APB2时钟线上
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);
	
	//第二步，相关GPIO初始化
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;	//引脚号
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; //高低电平输出切换速度，10M
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //GPIO工作模式。一共有8种，其中4种输入和4种输出模式，配置成通用推挽输出
	GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
	
	while(1)
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_5); // 让PE5输出低电平
		
		delay(800);
			
		GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_5); // 让PE5输出高电平灭
		
		delay(800);
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

3. 中断

3.1 概述

① 中断的概念

• CPU执行程序时，由于发生了 某种 随机的事件（外部或内部），
• 引起 CPU暂时停止正在运行的程序，转去执行一段 特殊的服务程序(中断服务子程序或中断处理程序)，以 处理该事件，
• 该 事件处理完 后 又 返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。

引发中断的称为中断源。

② 中断的意义和作用

• 1、实时控制：在确定的时间内，对相应的事件做出响应；
• 2、故障处理：检测到故障，需要第一时间处理
• 3、数据传输：不确定数据何时会来，如：串口接收数据

中断的意义：高效处理紧急程序，不会一直占用CPU资源。

③ STM32F103中断

STM32 中断非常强大，每个外设都可以产生中断，此处，异常就是中断，中断就是异常。

F103 在 内核 水平上搭载了一个异常响应系统， 支持为数众多的系统异常和外部中断。其中系统异常有 8 个（如果把 Reset 和 HardFault 也算上的话就是 10 个），外部中断有 60个。除了个别异常的优先级被定死外，其它异常的优先级都是可编程的。有关具体的系统异常和外部中断可在标准库文件 stm32f10x.h 这个头文件查询到，在 IRQn_Type 这个结构体里面包含了 F103 系列全部的异常声明。

3.2 NVIC简介

NVIC（Nested Vector Interrupt Controller）是 嵌套向量中断控制器，控制着整个芯片中断相关的功能，

• 它跟内核紧密耦合，是内核里面的一个外设；

• NVIC支持：256个中断（16内核+240外部），支持256个优先级，允许裁剪，（STM32：内核10个+外部60个 中断，16个优先级）；

• 各个芯片厂商在设计芯片的时候会对 Cortex-M3 内核里面的 NVIC 进行裁剪，把不需要的部分去掉，所以说 STM32 的 NVIC 是 Cortex-M3 的 NVIC 的一个子集。

3.2.1 NVIC 寄存器简介

在固件库中，NVIC的结构体定义可谓是颇有远虑，给每个寄存器都预留了很多位，恐怕为的是日后扩展功能。不过 STM32F103 可用不了这么多，只是用了部分而已，具体使用了多少可参考《 Cortex-M3 内核编程手册》-4.3.11:NVIC 寄存器映射。

NVIC 结构体定义，来自固件库头文件：core_cm3.h

typedef struct { 
    __IO uint32_t ISER[8];       // 中断使能寄存器 
    uint32_t RESERVED0[24]; 
    __IO uint32_t ICER[8];       // 中断清除寄存器 
    uint32_t RSERVED1[24]; 
    __IO uint32_t ISPR[8];       // 中断使能悬起寄存器 
    uint32_t RESERVED2[24]; 
    __IO uint32_t ICPR[8];       // 中断清除悬起寄存器 
    uint32_t RESERVED3[24]; 
    __IO uint32_t IABR[8];       // 中断有效位寄存器 
    uint32_t RESERVED4[56]; 
    __IO uint8_t  IP[240];       // 中断优先级寄存器(8Bit wide) 
    uint32_t RESERVED5[644]; 
    __O  uint32_t STIR;          // 软件触发中断寄存器 
}  NVIC_Type;  
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

在配置中断的时候我们一般只用 ISER、ICER 和 IP 这三个寄存器，ISER 用来使能中断，ICER 用来失能中断，IP 用来设置中断优先级。

3.2.2 NVIC 中断配置固件库

固件库函数：

3.3 优先级

3.3.1 优先级简介

• 抢占优先级(pre)：高抢占优先级可以打断正在执行的低抢占优先级中断
• 响应优先级(sub,子)：当抢占优先级相同时，响应优先级高的先执行，但是不能互相打断
• 抢占和响应都相同的情况下，自然优先级越高的，先执行
• 自然优先级：中断向量表的优先级，数值越小，表示优先级越高

在 NVIC 有一个专门的寄存器：中断优先级寄存器 NVIC_IPRx，用来配置外部中断的优先级，IPR 宽度为 8bit，原则上每个外部中断可配置的优先级为 0~255，数值越小，优先级越高。但是绝大多数 CM3芯片都会精简设计，以致实际上支持的优先级数减少，在 F103中，只使用了高 4bit。

3.3.2 优先级分组

优先级的分组由内核外设 SCB 的应用程序中断及复位控制寄存器 AIRCR 的PRIGROUP[10:8]位决定，F103 分为了 5 组，具体如下：主优先级=抢占优先级

主优先级位：表示抢占优先级的位数

子优先级位：表示响应优先级的位数

特别提示：一个工程中,一般只设置一次中断优先级分组。

判断执行顺序：抢占 > 响应 > 自然优先级

设置优先级分组可调用库函数 NVIC_PriorityGroupConfig() 实现，有关 NVIC 中断相关的库函数都在库文件 misc.c 和 misc.h 中。

中断优先级分组库函数 NVIC_PriorityGroupConfig() :

 /** 
	* 配置中断优先级分组：抢占优先级和子优先级 
	* 形参如下： 
	* @arg NVIC_PriorityGroup_0: 0bit for 抢占优先级 
	*                            4 bits for 子优先级 
	* @arg NVIC_PriorityGroup_1: 1 bit for 抢占优先级 
	*                            3 bits for 子优先级 
	* @arg NVIC_PriorityGroup_2: 2 bit for 抢占优先级 
	*                            2 bits for 子优先级 
	* @arg NVIC_PriorityGroup_3: 3 bit for 抢占优先级 
	*                            1 bits for 子优先级 
	* @arg NVIC_PriorityGroup_4: 4 bit for 抢占优先级 
	*                            0 bits for 子优先级 
	* @注意 如果优先级分组为 0，则抢占优先级就不存在，优先级就全部由子优先级控制 
*/ 
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup) 
{ 
    // 设置优先级分组 
    SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup; 
} 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

优先级分组真值表：

3.4 中断编程步骤

① 使能外设某个中断，这个具体由每个外设的相关中断使能位控制。

• 比如：串口有发送完成中断，接收完成中断，这两个中断都由串口控制寄存器的相关中断使能位控制。

② 设置中断优先级分组，初始化 NVIC_InitTypeDef 结构体：

• 配置中断优先级分组，设置抢占优先级和子优先级，使能中断请求。NVIC_InitTypeDef 结构体在固件库头文件 misc.h 中定义。

typedef struct
{
    uint8_t NVIC_IRQChannel;	//中断源
    uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority://抢占优先级
    uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority://响应优先级
    FunctionalStale NVIC_IRQChannelCmd://中断使能或失能
} NVIC_InitTypeDef;
1
2
3
4
5
6
7

③ 编写中断服务函数

• 在启动文件 startup_stm32f10x_hd.s 中我们预先为每个中断都写了一个中断服务函数(264行往下)，只是这些中断函数都是为空，为的只是初始化中断向量表。实际的中断服务函数都需要我们重新编写，为了方便管理我们可以把中断服务函数统一写在 stm32f10x_it.c 这个库文件中。
• 关于 中断服务函数的函数名必须跟启动文件里面预先设置的一样，如果写错，系统就在中断向量表中找不到中断服务函数的入口，直接跳转到启动文件里面预先写好的空函数，并且在里面无限循环，实现不了中断。

3.5 串口发送接收-示例

• 接收：接收字符，当串口1每收到1个字节, CPU就会自动取调用对应的中断处理函数，将接收到的字符转小写，并发送；

• 发送：固定发送字符串。

#include "stm32f10x.h"

void delay(unsigned int i)
{
	while(i--)
	{
		int j = 10000;
		while(j--);
	}
}
void Usart1_SendStr(char *pstr)
{
	while(*pstr != '\0')
	{
		USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC); //清除发送完成标志，为下一个字节的发送做好判断准备工作
		
		USART_SendData(USART1, *pstr);
		pstr++;
		
		while(0 == USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)); //只要没有发送完成, USART_GetFlagStatus函数返回0,CPU就卡在这里
	}
}

void MyUsart_Init()
{
	// 1、开相关片上外设的时钟，GPIOA USART1(串口1)  PA9是TX  PA10是RX
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); 
	
	// 2、相关GPIO口 初始化
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出 AF 复用 Alternate functions
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// 3、先关片上外设初始化 USART1
	// 波特率、数据位、停止位、是奇还是偶校验位、是否由硬件流构成、输入输出模式
	// 115200,8个数据位，1个停止位，没有奇偶校验，没有硬件控制流
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure; 
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; //反应每秒传输数据的bit数目，单位 bps bit per second 比特每秒
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; 
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; 
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; 
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; 
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;  // 增加接收功能
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); 
	
	// =============如果让  串口1增加接收功能=====begin=====
    // 设置优先级分组
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
    //初始化NVIC结构体
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; 	// 配置串口1为中断源
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;		// 使能中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;	// 抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;			// 子优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	//当串口1每收到1个字节, CPU就会自动取调用对应的中断处理函数
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //这个函数类似Qt connect函数把某一个中断事件和对应中断处理函数关联起来
	
	// =============如果让  串口1增加接收功能=====end=====
	
	// USART1使能,即启动串口
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

//串口1中断接收函数 IT（interrupt）
void USART1_IRQHandler() //函数名不能乱写,一定要这个函数名,从启动文件264行往下找复制出来重写
{//当串口1关联的事件发送，CPU就会自动来调用这个函数
	if(USART_GetITStatus (USART1, USART_IT_RXNE))
	{//当因为 串口1 收到1个字节，CPU就会进入到这里
		u16 RxData;
		RxData = USART_ReceiveData (USART1);//读取刚刚收到的那个字节
		USART_SendData (USART1, RxData+32); //收到大写字母,把对应小写字母发送出去
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
	}
}

//通过串口1 发送一个字符发送到计算机
int main()
{
	MyUsart_Init();
	while(1)
	{
		Usart1_SendStr("welcome to 嵌入式\n");
		
		delay(1000);
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91

4. EXTI 外部中断/事件控制器

4.1 EXTI简介

• 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。

• 每个中断/事件线都对应有一个边沿检测器，可以实现输入信号的上升沿检测和下降沿的检测。

  • 中断：要进入NVIC，有相应的中断服务函数，需要CPU处理
  • 事件：不进入NVIC，仅用于内部硬件自动控制的，如：TIM、DMA、ADC

• 特性：

  • 每条EXTI 线都可以单独配置：选择类型(中断/事件)、触发方式（上升沿、下降沿或双边沿触发）、支持软件触发、开启/屏蔽、有挂起状态位

4.2 结构框图

EXTI 可分为两大部分功能，产生中断、产生事件，这两个功能从硬件上就有所不同。

首先我们来看上图中红色虚线指示的电路流程。它是一个 产生中断的线路，最终信号流入到 NVIC 控制器内。

• 编号 1 是 输入线，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：
  • 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有有效信号 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：
  • 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：
  • 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。
• 另外，EXTI 是在 APB2 总线上的，在编程时候需要注意到这点。

4.3 中断/事件线

EXTI 有 20 个中断/事件线，每个 GPIO 都可以被设置为输入线，占用 EXTI0 至 EXTI15，还有另外4根用于特定的外设事件，如下表。

4根特定外设中断/事件线由外设触发，具体用法参考《STM32F10X-中文参考手册》中对外设的具体说明。

EXTI 0 至 EXTI 15 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。

4.4 EXTI 初始化结构体详解

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。

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 
    FunctionalState EXTI_LineCmd;       // EXTI 使能 
} EXTI_InitTypeDef; 
1
2
3
4
5
6

• 1. EXTI_Line：EXTI 中断/事件线选择，可选 EXTI0 至 EXTI19，可参考上表 选择。
• 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)。

4.5 AFIO 简介

AFIO：Alternate Function IO，即复用功能IO，主要用于重映射和外部中断映射配置

外部中断配置：AFIO_EXTICR1~4，配置EXTI中断线0~15对应到哪个具体IO口

4.6 按键中断-示例

原理图：

KEY1 PE3 按钮按下低电平，设置输入线路下降沿为中断请求，即检测到下降沿触发中断，按下直至松手为一次

代码：

#include "stm32f10x.h"

void delay(unsigned int i)
{
	while(i--)
	{
		int j = 10000;
		while(j--);
	}
}
void Usart1_SendStr(char *pstr)
{
	while(*pstr != '\0')
	{
		USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC); //清除发送完成标志，为下一个字节的发送做好判断准备工作
		
		USART_SendData(USART1, *pstr);
		pstr++;
		
		while(0 == USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)); //只要没有发送完成, USART_GetFlagStatus函数返回0,CPU就卡在这里
	}
}

void MyUsart_Init()
{
	// 1、开相关片上外设的时钟，GPIOA USART1(串口1)  PA9是TX  PA10是RX
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); 
	
	// 2、相关GPIO口 初始化
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出 AF 复用 Alternate functions
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// 默认所有的管脚是 浮空输入模式
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure1; 
	GPIO_InitStructure1.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; 
	GPIO_InitStructure1.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; 
	GPIO_InitStructure1.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; 
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure1);
	
	// 3、先关片上外设初始化 USART1
	// 波特率、数据位、停止位、是奇还是偶校验位、是否由硬件流构成、输入输出模式
	// 115200,8个数据位，1个停止位，没有奇偶校验，没有硬件控制流
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure; 
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; //反应每秒传输数据的bit数目，单位 bps bit per second 比特每秒
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; 
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; 
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; 
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; 
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;  // 增加接收功能
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); 
	
	// =============如果让  串口1增加接收功能=====begin=====
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; // 串口1中断源
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	//当串口1每收到1个字节, CPU就会自动取调用对应的中断处理函数
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //这个函数类似Qt connect函数把某一个中断事件和对应中断处理函数关联起来
	
	// =============如果让  串口1增加接收功能=====end=====

	// USART1使能,即启动串口
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

//串口1中断接收函数 IT（interrupt）
void USART1_IRQHandler() //函数名不能乱写,一定要这个函数名,从启动文件264行往下找复制出来重写
{//当串口1关联的事件发送，CPU就会自动来调用这个函数
	if(USART_GetITStatus (USART1, USART_IT_RXNE))
	{//当因为 串口1 收到1个字节，CPU就会进入到这里
		// unsigned char Revdata=
		
		//typedef uint16_t u16;
		//typedef unsigned short     int uint16_t;
		u16 RxData;
		RxData = USART_ReceiveData (USART1);//读取刚刚收到的那个字节
		USART_SendData (USART1, RxData+32); //收到大写字母,把对应小写字母发送出去
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
	}
}

// 轮询（查询）法
//WKUP PA0 按钮按下高电平
//KEY0 PE4 按钮按下低电平
unsigned char WK_Up_Key0_Poll_Init()
{
	
}

//中断法
// KEY1   PE3   按钮按下低电平
void Key1_Inter_Init()
{
	//第一步开相关片上外设时钟，GPIOE,外部引脚中断，还需要开一个AFIO时钟，AFIO这个片上外设也是在APB2时钟线上
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);


	//第二步，相关GPIO口初始化,填参数有3种方法，通过函数注释提示、通过函数体开头部分参数检查、通过实参类型定义找到
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;

	GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStruct);

	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOE,GPIO_PinSource3);//配置外部中断线

	//第三步 中断源NVIC配置
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI3_IRQn;//外部中断，外部中断源3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;		
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	//第四部相关片上外设初始化
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
	EXTI_InitStruct.EXTI_Line=EXTI_Line3;//外部中断线3
	EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;
	EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;//中断模式，不是事件模式
	EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;//中断触发事件，下降沿信号		

	EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
}

unsigned int Key1_Val=0;
char Key1_buf[100]={0};
#include "stdio.h"
void EXTI3_IRQHandler()
{
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3))
	{//CPU进入到这里
		delay(3);//一般超过10ms,避开抖动区

		if(0 == GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3))
		{//如果CPU进入到这里，说明过了10ms,PE3检测到任然是按钮按下状态，说是一次真实可靠按下
			Key1_Val++;
			sprintf(Key1_buf,"Key1_PE3 中断按钮被按下 Key1_Val=%d\n",Key1_Val);
			Usart1_SendStr(Key1_buf);
		}	 
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);
	}
}

// 通过串口1 发送1个字符到计算机
int main()
{
 
	MyUsart_Init();
	Key1_Inter_Init();
	while(1)
	{
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164