单片机学习笔记8--按键和外部中断（基于百问网STM32F103系列教程）

第八章 按键和外部中断

第一节 按键原理

GPIO内部上拉较弱，可根据满足电路需求选择是用内部的上拉还是自己外接上拉。

根据原理图可知，当按键松开时，单片机引脚连接在高电平上，GPIO口输入高电平。

当按键按下时，单片机引脚通过按键接地，GPIO口输入低电平。

在程序中，通过读取GPIO口的电平状态，就可以知道按键是否被按下。

由于按键是机械弹性开关，由于机械触电的弹性作用，按键在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动。抖动会导致CPU在按键一次动作内发生多次响应，所以要对按键进行消抖处理。

通常对于按键消抖有两种方法，一种软件消抖，在按键程序中，延时10-20ms左右，等按键状态稳定了再去读取电平；另一种是硬件消抖，在按键两端并联个电容。

第二节 编写程序

2.1 按键轮询

按键轮询的原理就是在循环中，不断读取按键引脚的电平，当读取到低电平的时候，认为按键按下，然后执行操作。

时钟和LED的相关配置之前已经介绍过了，这里不再介绍。

配置按键的GPIO。

主程序轮询。

在循环中，先第一次判断按键是否按下，若按键按下，延时10ms（作用是消抖），消抖之后再判断一个按键状态，确认按键是否真的按下了，若读取引脚状态还是低电平，则认为按键是真的被按下了，然后执行操作函数，打开LED。

2.2 外部中断

2.2.1简单介绍

外部中断，从名字上看就是由于外部变化而在单片机内产生的中断。

单片机通过GPIO口接收外部数据，STM32F103的所有GPIO口都可以设置为外部中断模式。

前面介绍过NVIC控制芯片的所有中断，外部中断也不例外，但外部中断不是直接受控于NVIC，而是通过一个外部中断/事件控制器EXTI（External interrupt/event controller）与NVIC相连。而内部中断源比如串口、ADC等是直接和NVIC连接的。

STM32F103共有A-G7组GPIO，每一组有0-15共16个引脚，STM32F103支持19个外部中断/事件请求（互联型系列支持20个），每个GPIO组的相同位置的引脚位于同一个EXTIX（X = 0-15）中，比如所有GPIO的GPIO_PIN_0都在EXTI0中。同一时刻，只能有一个引脚被使能，也就是说加入配置了GPIOA_PIN_0为外部中断/事件，剩余的GPIOB—GPIOG的PIN_0引脚就不能设置为外部中断/事件模式了。

外部中断线共有20个，除了16个GPIO的，还有四条。

第16条是控制PVD（掉电检测）输出的。

第17条是RTC报警事件中断。

第18条是USB唤醒事件。

第19条是以太网唤醒事件。这个只有在互联型设备上才有。

根据上图从左到右推断可知，要想使能引脚的外部中断，首先要配置GPIO引脚，并设置成AFIO复用功能模式，然后配置EXTI寄存器，然后设置NVIC寄存器配置优先级即可完成外部中断的设置。

上图中每条线上的19表示这样的线有19条，也就是每个EXTI都有一条这样的线。

2.2.2中断和事件

上图可知，外部中断分为外部中断和外部事件两种情况。

简单的区分就是外部中断是当产生外部中断之后，现象表现在软件方面，产生中断后，程序调用外部中断函数，在中断函数中操作其他任务。外部事件表现在硬件方面，当发生中断后，在硬件上打开其他外设，比如定时器，ADC。这种情况不占用CPU资源。

中断和事件的输入都是一块的，通过引脚输入，首先通过边缘检测电路，判断是上升沿触发还是下降沿，然后通过一个或门输出，若事件屏蔽寄存器输出为1，产生事件，与门2打开，连接脉冲发生器产生脉冲，脉冲发生器在与其他外设连接。整体流程如上图黄色路线。

对于中断而言，当边缘检测电路检测到引脚状态改变了，或者软件中断寄存器置1了，或门输出为1，连接与门1，若中断屏蔽寄存器输出1，则与门1打通，发生中断，中断挂起寄存器中对应中断位就置为1，然后发送给NVIC进行处理中断函数。

2.2.3如何配置

了解了以上流程就知道如何配置外部中断了。

1、设置边缘检测方式，下降沿、上升沿、双边缘。

2、配置软件中断事件寄存器，因为它连接的是或门，所以这个是可选的，不是必须设置的。

3、选择打开中断屏蔽寄存器还是事件屏蔽寄存器。

4、将中断挂起寄存器置位，将信号发送给NVIC。

5、在中断程序里面编写对应程序。若是选择中断事件，则事件发送一个脉冲响应。

2.2.4引脚复用

在介绍GPIO的时候说过，GPIO可以作为简单的输入输出口用，也可以作为一些协议，ADC、DAC等外设的引脚，当GPIO作为后者使用的时候，就是GPIO的复用。

上图中，绿色就是GPIO的复用功能(Alternate functions)，红色是引脚在复位之后的默认功能，就是做为普通的输入输出引脚使用。篮筐中的FT代表的是这个IO口是5V耐压的，也就是他是可以连接5V使用的(正常单片机的工作电压是3.3V)。

在复用功能中，有分为两类，一个是默认功能Default。注意一个引脚的复用功能可以不止一个，可以有多种复用功能。如上图PB14既可以作为PSI2_MISO使用，又可以作为TIM1_CH2使用，还可以作为USART3_RTS使用。

第二种是重映射Remap，他是把有特殊功能的引脚分配给其他引脚。也就是把A引脚的默认复用功能X分配给B引脚，这样B引脚只能使用复用功能X，A引脚只能使用除了X功能之外的其他复用功能。

举个例子，下图PB13引脚，可以把TIN1_CH1N的复用功能重映射给PA7使用，这样PA7只能使用TIM1_CH1N功能，不能使用默认的SPI_MOSI等功能；而PB13引脚的复用功能，不能使用TIM1_CH1N功能，只能使用剩下的三个功能。

2.3程序代码

2.3.1HAL库函数

GPIO中的关于外部中断的主要函数有两个，他们的作用跟之前中断系统中介绍的是一样的，是在系统默认的中断服务函数中调用的。

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN);``HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);设置中断函数两个优先级。
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);使能具体的外部中断函数。

2.3.2注意事项

较于之前的实验，这里只新增了两部分，设置复用功能和配置EXTI，对于其他的比如时钟配置，LED配置这理解不在讲解了。

在设置引脚复用功能是，只需要把GPIO结构体中的Mode成员的参数选择为具体的复用功能就行，如GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; 设置GPIO的工作模式为下降沿触发的中断复用模式。

GPIO配置完成要配置EXTI。这里要注意，不是每个EXTI都有自己独立的中断函数，在官方的文件中可以看到，只有EXTI0、1、2、3、4的中断函数是单独的，EXTI5—9（共5个）和EXTI10—15（共6个）他们的中断函数是合在一起的，也就是说，EXTI5、6、7、8、9他们发生中断时，程序内执行的中断函数是同一个函数。而EXTI0、1、2、3、4他们每个都有自己的中断函数。

下图可以看到，对于不同的EXTI，他们的系统中断服务函数也不同，EXTI3有自己的独立函数，而EXTI13和EXTI15只能挤在同一个函数中。

2.3.4寄存器

对于EXTI的配置，主要的寄存器有两种，中断/事件屏蔽寄存器和触发沿选择寄存器。

中断屏蔽寄存器用到了低20位，分别控制20个EXTI的中断请求，置1则允许中断，否则会将中断屏蔽掉，即使满足中断条件，程序也不会执行中断服务函数。对于事件屏蔽寄存器跟中断屏蔽寄存器是一样的。

触发沿设置寄存器。

这两个是设置选择上升沿触发还是下降沿触发的。

当发生了选择的边沿事件，该寄存器的对应位置就会置1。相当于一个标志位，像该寄存器写1则清除它。