【STM32】03.中断和EXTI外设

一、EXTI简介

什么是 EXTI？（类比说明）

我们把 CPU 比作一个正在办公室专心写代码的程序员。

• 普通 GPIO（轮询模式，Polling） ：就像程序员每隔 1 秒钟，就要跑到门口看一眼有没有人敲门。如果在没看的这 1 秒里刚好有人敲门，他就错过了。
• EXTI（外部中断模式，Interrupt） ：就像程序员在门口装了一个 "门铃（EXTI）" 。他安心在屋里写代码（执行主程序）。一旦有人按下门铃，门铃立刻响，CPU 会立刻把当前写的字保存一下，瞬间冲过去开门，处理完敲门的人，再回来继续写代码。
  总结 ：EXTI 就是让单片机能**"瞬间响应"**外部电平变化的机制。它不需要 CPU 一直盯着引脚看。

二、EXTI 的工作模式

1. 中断模式

• 触发 CPU 中断执行 ISR（中断服务程序）
• 用于需要立即处理的事件
  2. 事件模式
• 唤醒 CPU 但不执行 ISR
• 用于低功耗场景

三、EXTI 的触发方式

上升沿触发：信号从低电平到高电平
下降沿触发：信号从高电平到低电平
双边沿触发：上升沿和下降沿都触发

四、EXTI 系统架构

掌握了系统架构，对 EXTI 就有一个整体的把握，在编程时就思路就非常清晰。

1. EXTI 工作框图

触发信号由输入线进行输入：

2. EXTI 线路映射

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。
值得注意的是：

• 不同端口号，相同编号的引脚不能同时使用同一根输入线
• 引脚编号决定连接哪根中断输入线，例如PA0只能连接到EXTI0、PB12只能连接到EXTI12。
• 通过AFIO_EXTICRx配置GPIO线上的外部中断/事件，必须先使能AFIO时钟
  
  另外 4 个 EXTI 线的连接方式如下：

|-------------|-----------------|---------------------------------------|
| EXTI 线 | 连接到的外设事件 | 主要作用 |
| 线 16 EXTI16 | PVD 输出 | 电源电压监控。当供电电压低于或高于预设阈值时触发，用于掉电预警和数据保护。 |
| 线 17 EXTI17 | RTC 闹钟事件 | 绝对时间定点唤醒。在设定的具体日期和时间触发，用于执行定时任务。 |
| 线 18 EXTI18 | USB OTG FS 唤醒事件 | 全速USB远程唤醒。当检测到USB总线活动时，将系统从低功耗模式唤醒。 |
| 线 19 EXTI19 | 以太网唤醒事件 | 网络远程唤醒。当以太网收到唤醒数据包时触发，用于网络应用。 |
| 线 20 EXTI20 | USB OTG HS 唤醒事件 | 高速USB远程唤醒。功能同线18，但用于高速USB接口。 |

3. 关于中断标志

**在 STM32 中，中断标志是用于标识中断事件是否发生的状态位。当发生某中断时，对应的中断标志位则被置 1。**对于不同的中断线触发的中断，会将请求挂起寄存器对应的位置1，我们可以把这些对应的位理解成 EXTI 的中断标志位。

当发生中断时，运行中断服务函数后，需要手动清除中断标志位，不及时清除标志会产生严重后果：

• 重复进入中断：导致系统卡死在同一个中断中
• 系统崩溃：无法响应其他中断
• 性能下降：CPU 时间被无效中断占用

五、EXTI 配置

以检测 KEY1 为例（当 KEY1 按下，会产生下降沿信号，因此我们要设置 EXTI 下降沿检测，触发中断）：

2. 分析生成的代码

3. 中断服务程序

STM32CubeMX生成的中断服务程序是统一放到文件 stm32f1xx_it.c 的，PC12对应的中断服务程序为 EXTI15_10_IRQHandler() ：

4. 定义自己的EXTI中断调用的函数

六、上述中断服务函数里运行延时函数说明

原则上，中断服务程序应该尽可能短小，避免任何阻塞操作，包括延时。

1. 为什么这里可以使用延时？

1. 系统简单性
   如果这是一个单任务系统，没有其他重要中断 。
   这是一个学习/演示项目，对实时性要求不高
2. 按键消抖的特殊需求
   机械按键会产生抖动，需要延时来确认稳定状态。
3. 短时延时的可接受性
   15ms 在很多人机交互场景中是可接受的

2. 更好的解决方案

• 定时器中断消抖
• 硬件消抖（使用RC电路过滤抖动）

3. 建议

在学习阶段理解这种权衡，在实际项目中应采用更好的消抖方案。

七、EXTI 外部中断（hal_gpio.c 中断回调 + hal_exti.c）

1. HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler

void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin);

• 功能：EXTI中断服务函数入口，清除中断标志、调用中断回调
• 参数：触发中断的引脚编号
• 返回值：无
  使用：在stm32f1xx_it.c 对应EXTI中断函数内调用

2. HAL_GPIO_EXTI_Callback

__weak void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);

• 功能：弱函数，用户重写，外部中断触发后的业务处理逻辑
• 参数：产生中断的引脚
• 返回值：无
  重写示例：检测按键引脚执行对应操作

3. HAL_NVIC_EnableIRQ / HAL_NVIC_DisableIRQ

void HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn); void HAL_NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn);

• 功能：开启/关闭EXTI对应通道的NVIC中断
• 参数：中断号，如EXTI0_IRQn、EXTI1_IRQn等
• 返回值：无

4. HAL_NVIC_SetPriority

void HAL_NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t PreemptPriority, uint32_t SubPriority);

• 功能：配置EXTI中断抢占优先级、子优先级（F1仅2位抢占，2位子优先级）
• 参数：IRQn：中断通道；PreemptPriority抢占优先级；SubPriority子优先级
• 返回值：无