单片机中断原理

中断原理是掌握 STM32 外设编程的关键知识点。

中断的核心概念（通俗理解）

中断的本质是：外设 / 外部事件主动打断 CPU 的正常执行流程，请求 CPU 优先处理自己的紧急事务，处理完成后 CPU 恢复原流程。

中断优先级

STM32 的中断优先级由两部分组成，共 4 位（可配置为 0-15 级，数值越小优先级越高）：

• 抢占优先级（Preemption Priority） ：高抢占优先级的中断可以打断正在执行的低抢占优先级中断（"抢占" 特性）。
• 响应优先级（Sub Priority/Secondary Priority） ：仅当两个中断抢占优先级相同 时，响应优先级决定谁先执行；响应优先级高的先执行，但无法打断对方。

中断优先级分组可以使用NVIC_PriorityGroupConfig函数，

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

函数参数说明

参数 NVIC_PriorityGroup 是枚举类型（实际为宏定义），对应 5 种分组方式，取值如下

|----------------------|---------|---------|
| 分组编号 | 抢占优先级位数 | 响应优先级位数 |
| NVIC_PriorityGroup_0 | 0 | 4 |
| NVIC_PriorityGroup_1 | 1 | 3 |
| NVIC_PriorityGroup_2 | 2 | 2 |
| NVIC_PriorityGroup_3 | 3 | 1 |
| NVIC_PriorityGroup_4 | 4 | 0 |

简单代码示例（外部中断）

#include "stm32f10x.h"

// 初始化PA0为外部中断输入
void EXTI0_Init(void)
{
// 定义3个"配置结构体"：就像3张表格，分别填GPIO、EXTI、NVIC的设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;

    // 1. 使能时钟（GPIOA、AFIO：复用功能时钟，外部中断需要）
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    // 2. 配置PA0为上拉输入
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; 
    // 上拉输入,把设置写入ST按键按下，PA0 和 GND 连通，变成低电平 
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 把设置写入STM32的寄存器，生效

    // 3. 将PA0映射到EXTI0（外部中断线0）
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);

    // 4. 配置EXTI0中断参数
    EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line0; // 中断线0
    EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; // 中断模式（而非事件模式）
    EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; // 下降沿触发（按键按下）
    EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE; // 使能中断线0
    EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);

    // 5. 配置NVIC（中断优先级+使能）
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; // 外部中断0的IRQ通道
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 抢占优先级1
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 响应优先级0
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // 使能该通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}

// 6. 中断服务函数（必须用固定名称）
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    // 检查中断标志位，避免误触发
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET)
    {
        // 这里写中断处理逻辑（比如翻转LED）
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, !GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_13));
        
        // 清除中断标志位（关键！否则会一直触发中断）
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

int main(void)
{
    // 初始化LED（假设PC13接LED）
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    EXTI0_Init(); // 初始化外部中断

    while(1)
    {
        // 主程序常规工作（比如循环打印）
        // 中断会打断这个循环，处理完自动返回
    }
}

这段代码是让 STM32 的 PA0 引脚（接按键）按下时，触发中断，自动翻转 PC13 引脚（接 LED）的电平（亮 / 灭），主程序不用一直盯着按键，效率更高。

整个代码分 3 部分：

1. 初始化函数 EXTI0_Init()：给硬件 "做设置"，告诉 STM32：PA0 是中断引脚、触发条件是按键按下、这个中断的优先级是多少；
2. 中断服务函数 EXTI0_IRQHandler()：中断发生时（按键按下），STM32 自动执行的代码（核心是翻转 LED）；
3. 主函数 main()：程序入口，初始化 LED 和中断后，主程序进入空循环（模拟常规工作）。

STM32 有 16 条外部中断线（EXTI0~EXTI15），但引脚有上百个，需要手动把 "PA0 引脚" 和 "EXTI0 中断线" 绑定，这样 PA0 的电平变化才能触发中断。

    // 4. 配置EXTI0中断规则
    EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line0;               // 选中中断线0
    EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;      // 模式：中断
    EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;  // 触发条件：下降沿（高→低，对应按键按下）
    EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;                // 使能这条中断线
    EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);                          // 写入寄存器，生效

触发条件解释：Falling（下降沿）= 按键按下（PA0 从高电平变低电平）；如果是Rising（上升沿）= 按键松开；Rising_Falling= 按下 / 松开都触发。

    // 5. 配置NVIC（中断控制器）：给中断设优先级+开启
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;        // 选中"外部中断0"这个通道
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 抢占优先级1（数字越小优先级越高）
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;      // 响应优先级0
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         // 开启这个中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);                         // 写入寄存器，生效
}

NVIC 是 "中断管家"：告诉管家 "外部中断 0 可以用，优先级是 1（比较高）"，这样管家收到 PA0 的中断请求后，会通知 CPU 处理。

void EXTI0_IRQHandler(void)  // 函数名固定！不能改，改了CPU找不到
{
    // 先检查：是不是EXTI0中断触发的（避免误触发）
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET)
    {
        // 中断处理逻辑：翻转PC13的电平（LED亮/灭切换）
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, !GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_13));
        
        // 关键中的关键：清除中断标志位！
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

• EXTI_GetITStatus：查 "中断标志位"，如果是RESET（0），说明不是 EXTI0 触发的，直接跳过；
• GPIO_WriteBit(..., !GPIO_ReadOutputDataBit(...))：先读 PC13 当前电平（0 或 1），!是 "取反"（0 变 1，1 变 0），再写回 PC13------ 实现 LED 翻转；
• EXTI_ClearITPendingBit：清除中断标志位！如果不清除，NVIC 会认为 "中断还没处理完"，会反复触发这个函数，导致 LED 疯狂闪、程序卡死。

int main(void)
{
    // 先初始化LED（PC13）：配置为推挽输出
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); // 给GPIOC开时钟
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;               // 选中PC13
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;         // 推挽输出（能驱动LED）
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;        // 输出速度（新手随便设，不影响）
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);                   // 生效

    EXTI0_Init(); // 调用上面的函数，初始化外部中断

    while(1)  // 主程序循环（模拟常规工作）
    {
        // 这里可以写主程序要做的事，比如：
        // 读取传感器、控制电机、打印数据等
        // 即使在循环里，按键按下也会触发中断，打断循环去翻转LED
    }
}

while(1)是死循环：主程序会一直在这里执行常规任务，中断是 "插队" 的 ------ 按键按下时，CPU 暂停循环，去执行EXTI0_IRQHandler，执行完再回到循环继续。

执行流程

1. 程序启动，先执行main()：初始化 LED→初始化中断→进入while(1)空循环；
2. 你没按按键：CPU 一直在while(1)里 "空转"，PA0 是高电平，无中断；
3. 你按下按键：PA0 从高→低（下降沿），触发 EXTI0 中断请求；
4. NVIC（中断管家）检查：这个中断已开启、优先级够高→通知 CPU；
5. CPU 暂停while(1)，自动跳转到EXTI0_IRQHandler执行：
   • 检查中断标志位→翻转 LED→清除标志位；
6. 服务函数执行完，CPU 回到while(1)，继续空转；
7. 你松开按键：PA0 从低→高（上升沿），但我们只设了下降沿触发，所以无反应。

• 中断代码的核心是3 个配置 + 1 个服务函数：GPIO 引脚配置→EXTI 中断线配置→NVIC 优先级配置→中断服务函数（处理逻辑 + 清标志位）；
• 中断服务函数名必须固定 （如EXTI0_IRQHandler），且一定要清除中断标志位，否则会卡死；
• 中断的本质是 "插队"：主程序正常运行，按键按下时 CPU 临时去处理 LED 翻转，处理完回来继续。

代码关键原理对应：

• GPIO_EXTILineConfig：把外设（PA0）和中断线（EXTI0）关联，触发源和中断请求绑定；
• NVIC_Init：配置中断优先级并使能 NVIC 通道，满足 "响应条件"；
• EXTI0_IRQHandler：中断服务函数，是 CPU 处理中断的核心逻辑；
• EXTI_ClearITPendingBit：清除中断挂起标志，否则 NVIC 会认为中断未处理，反复触发。