单片机--STM中断系统

1.基本概念

在处理器中，中断相当于对于突发事件的处理过程。

当遇到内部/外部的紧急事件需要处理时，暂时中止当前程序，转而去处理紧急事件，

待处理完毕后，再返回被打断的程序继续向下运行。

示例：

1 看电影                                 正在执行的主程序

2 来电话                                 中断信号

3 暂停电影                              压栈

4 取快递                                 处理中断事件（中断处理函数）

5 继续看电影                          出栈

2.中断的意义

中断能够对突发事件进行及时处理，实现程序的并行化，进而提高CPU的工作效率。

中断提高了CPU效率？

 因为CPU对于没有发生的事情是在不停的在轮询（询问有没有发生？）

在计算机与外围设备之间传送数据,CPU工作速度快,外围设备工作速度慢,形成CPU等待,效率降低。如果没有使用中断,CPU的大量时间可能会浪费在等待操作上。设置中断后,完全消除了CPU在查询方式中的的等待现象,CPU不必花费大量时间等待和查询外围设备工作,就可以使CPU与外设同步工作,大提高了CPU的工作效率。

3.中断处理过程

中断处理过程

   进入中断 

• 处理器自动保存现场到堆栈里 
• {PC, xPSR, R0-R3, R12, LR}
•  一旦入栈结束，ISR便可开始执行

  退出中断

•  中断前的现场被自动从堆栈中恢复
•  一旦出栈完成，继续执行被中断打断的指令
• 出栈的过程也可被打断，使得随时可以响应新的中断而不再进行现场保存

        R0 - R12 

        R13  栈指针 SP       ： 指向栈顶地址

        R14 链接寄存器 LR ：存放返回地址

        R15 程序计数器 PC ：保存要执行的指令地址

4. 中断体系结构

5.NVIC 

嵌套向量中断控制器（Nested Vectored Interrupt Controller） 

 NVIC主要功能

  负责管理中断 （CPU的小助理）

  1）管理中断事件

     每个中断事件都有执行或禁止两种状态，由NVIC负责将中断事件标记为清除和挂起两种状态。 

（当多个中断事件同时到达时，NVIC会优先处理优先级更高的事件）

（当中断执行完成时，NVIC会将中断事件置为清除状态）

  2）支持中断向量化处理

      当中断事件发生时，处理器会将PC置为中断事件入口函数的地址，进而跳转到中断服务程序去执行，这就是个中断（异常）向量，因为每一个异常源或者中断事件都会对应一个服务程序的入口地址，将这些地址按照优先级进行排布后，组成的一张表就称为中断（异常）向量表。

           Cortex-M0内核 可以处理15个内部异常和32个外部中断

           STM32G030 只使用了6个内部异常和28个外部中断

    3）支持中断嵌套 

          3个固定的优先级，都是负值，不能改变。

          四个可编程优先级，用两个bit位表示，00，01，10，11 

          优先级数值越小，优先级等级越高。

       注意

      不同优先级的中断同时发生，优先处理优先级编号较小的那个

      同样优先级的中断同时发生，中断向量号较小的那个优先响应

6.EXTI

    外部事件/中断控制器

   主要功能： 产生中断，产生事件。

产生中断的目的，是将信号送入NVIC，进而运行中断服务程序，实现对应功能，是软件级。

产生事件的目的，是将采集到的一个脉冲信号送到某个外设，进而驱动某些设备做出动作，是电路级别的传输，是硬件级的。

   结构框图：

     

• 编号1是信号输入线，EXTI支持产生多达28个外部事件/中断请求。
• 编号2是边沿检测电路，用于监测上升沿或下降沿信号。它会根据上升沿触发选择寄存(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，监测是否有边沿跳变，检测到有边沿跳变输出有效信号 1 给编号 3 电路，否则输出无效信号0。
• 编号3是一个或门电路，信号来源是外部事件或者软件中断/事件寄存器产生。允许我们通过程序控制EXTI_SWIER就可以启动中断/事件线
• 编号4是一个与门电路，信号来源是编号3送来的信号和中断屏蔽寄存器的值，如果中断屏蔽寄存器为0，也不会将信号送到NVIC，只有编号3送来了中断信号且中断屏蔽寄存器允许产生中断，才会将中断信号送入NVIC.
• 接下来我们来看看红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5是一个与门电路，信号来源是编号3送来的信号和事件屏蔽寄存器的值，如果事件屏蔽寄存器为0，不会将信号送到脉冲发生器，只有编号3送来了信号且事件屏蔽寄存器允许产生事件，才会将信号送入脉冲发生器（编号6）， 进而产生脉冲来控制外部设备做出动作。 这样我们可以简单的控制 EXTI_EMR 来实现是否要产生事件的目的。

 【2】IIC 

IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由NXP（原PHILIPS）公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。

在 CPU 与被控 IC 之间、IC 与 IC 之间进行双向传送，高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。

IIC主要特点

通常我们为了方便把IIC设备分为主设备和从设备，基本上谁控制时钟线（即控制SCL的电平高低变换）谁就是主设备。

（1）IIC主设备功能：主要产生时钟，产生起始信号和停止信号

（2）IIC从设备功能：可编程的IIC地址检测，停止位检测

（3）IIC的一个优点是它支持多主控(multimastering)， 其中任何一个能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

（4）支持不同速率的通讯速度，标准速度(最高速度100kHZ),快速（最高400kHZ）

（5）SCL和SDA都需要接上拉电阻 (大小由速度和容性负载决定一般在3.3K-10K之间) 保证数据的稳定性，减少干扰。

（6）IIC是半双工，而不是全双工 ，同一时间只可以单向通信

【3】485

485通信协议是一种广泛应用于工业自动化领域的串行通信协议，其主要特点是支持多节点通信、远距离传输、高速传输和抗干扰能力强。485通信协议：

（1）物理层：485通信协议采用差分信号传输，即采用两个信号线（A、B）分别传输正向和反向的信号，而接收器则通过两个信号线的差值来判断数据的高低电平。由于采用了差分传输，485通信协议的抗干扰能力比较强，适合在电磁干扰比较强的工业环境中使用。

（2）数据链路层：485通信协议的数据链路层包括了帧同步、地址、数据、校验等部分。其中帧同步由起始位、数据位和停止位组成，地址用于标识数据帧的接收节点，数据包含了实际的数据信息，校验用于检验数据的正确性。

（3）传输速率：485通信协议支持多种传输速率，例如最常用的9600、19200、38400、115200等。传输速率越高，数据传输速度越快，但也会带来传输距离短和抗干扰能力弱的问题。

（4）多节点通信：485通信协议支持多节点通信，即多个节点可以通过同一条485总线进行通信。为了避免数据冲突，485通信协议采用了主从通信方式，即只有主机才能主动向从机发送数据，而从机只能在主机的请求下发送数据。

485就是用来通讯的。就像我们学单片机用的串口：UART、IIC、SPI等，是为了两个设备之间交换数据的。
使用485因为传输数据用的是差分信号，利用两根双绞线进行传输，抗干扰能力强，这是它相对于以上通讯方式最大的优点。

可以看到左边的网络标号有RXD与TXD，它就是接UART的那两个线。不过比UART多了一个choose，其作为接受和发送的选择端，二者选其一，所以485为半双工通讯。
右边的A和B就是输出差分信号的线，与其他的485器件的A和B连接。