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;
  

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，10MGPIO_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);}
}

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;  

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：

NVIC 库函数	描述
void NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)	使能中断
void NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn)	失能中断
void NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)	设置中断悬起位
void NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)	清除中断悬起位
uint32_t NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type IRQn)	获取悬起中断编号
void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)	设置中断优先级
uint32_t NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn)	获取中断优先级
void NVIC_SystemReset(void)	系统复位

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; 
} 

优先级分组真值表：

优先级分组	主优先级	子优先级	描述
NVIC_PriorityGroup_0	0	0-15	主-0bit，子-4bit
NVIC_PriorityGroup_1	0-1	0-7	主-1bit，子-3bit
NVIC_PriorityGroup_2	0-3	03	主-2bit，子-2bit
NVIC_PriorityGroup_3	0-7	0-1	主-3bit，子-1bit
NVIC_PriorityGroup_4	0-15	0	主-4bit，子-0bit

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;

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RXRCC_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 functionsGPIO_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);}
}

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. 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RXRCC_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 functionsGPIO_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3NVIC_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3EXTI_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){}
}