【STM32】NVIC / EXTI / AFIO 介绍

文章目录

  • 中断系统
    • NVIC简介
    • NVIC基本结构
    • NVIC优先级分组
    • EXTI外部中断
    • EXIT基本结构
    • AFIO复用IO口
    • EXTI内部框图
  • AFIO / EXTI / NVIC 相关函数
    • AFIO相关函数
    • EXTI相关函数
    • NVIC相关函数
  • 旋转编码器简介
  • 对射式红外传感器计次
    • 接线图
    • CountSensor（传感器）驱动程序封装
    • main.c 源程序
  • 旋转编码器计次
    • 接线图
    • Encoder驱动程序封装
    • main.c 源程序

中断系统

中断的定义：在主程序运行过程中，出现了特定的中断触发条件（中断源），使得CPU暂停当前正在运行的程序，转而去处理中断程序，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续运行

中断优先级：当有多个中断源同时申请中断时，CPU会根据中断源的轻重缓急进行裁决，优先响应更加紧急的中断源

中断嵌套：当一个中断程序正在运行时，又有新的更高优先级的中断源申请中断，CPU再次暂停当前中断程序，转而去处理新的中断程序，处理完成后依次进行返回

中断执行流程
在这里插入图片描述

NVIC简介

在STM32中，NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）是一个中断控制器，负责管理和处理微控制器的中断

NVIC是一个内核外设，是CPU的小助手

它允许多个中断源以优先级方式响应，使得系统能够快速响应高优先级的中断请求，NVIC支持嵌套中断，即高优先级的中断可以打断低优先级的中断

NVIC的主要功能包括：

  1. 中断向量表：存储所有中断的服务程序地址
  2. 中断优先级管理：允许为不同中断分配不同的优先级，以控制中断的响应顺序
  3. 中断使能和禁用：可以启用或禁用特定的中断
  4. 中断触发方式：支持多种中断触发方式，如上升沿、下降沿等

通过NVIC，STM32能够高效地处理实时事件，提高系统的响应速度和性能

一个形象的比喻：CPU是急诊室的医生，中断源 是需要就诊的病人，NVIC就是医生助手，负责安排病人就诊顺序，如果没有小助手那么医生就既需要看病又需要给病人排队，降低了看病效率，但是有小助手负责根据病人的优先程度排队，医生就只需要负责看病即可

NVIC基本结构

STM32有68个可屏蔽中断通道，包含EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、I2C、RTC等多个外设

使用NVIC统一管理中断，每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，可对优先级进行分组，进一步设置抢占优先级和响应优先级

在这里插入图片描述

NVIC优先级分组

  • NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位（0~15）决定，这4位可以进行切分，分为高n位的抢占优先级和低4-n位的响应优先级
  • 抢占优先级高的可以中断嵌套，响应优先级高的可以优先排队，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号排队
分组方式抢占优先级响应优先级
分组00位，取值为04位，取值为0~15
分组11位，取值为0~13位，取值为0~7
分组22位，取值为0~32位，取值为0~3
分组33位，取值为0~71位，取值为0~1
分组44位，取值为0~150位，取值为0

EXTI外部中断

EXTI（External Interrupt/Event Controller）是STM32微控制器中的一个模块，用于处理外部中断和事件，它允许外部信号（如按钮、传感器等）触发中断，从而实现对外部事件的快速响应

  • EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将立即向NVIC发出中断申请，经过NVIC裁决后即可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序
  • 支持的触发方式：上升沿 / 下降沿 / 双边沿 / 软件触发
  • 支持的GPIO口：所有 GPIO 口，但相同的 Pin 不能同时触发中断（eg. PA1 和 PB1 不能同时触发中断）
  • 通道数：16 个 GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒
  • 触发响应方式：中断响应 / 事件响应

EXIT基本结构

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【AFIO说明】
之前介绍过，EXTI模块只有16个GPIO的通道，但是每个GPIO外设都有16个引脚，所以在这里会有一个AFIO中断引脚选择的电路模块
AFIO就是一个数据选择器，它可以在前面的GPIO外设的16个引脚里选择一个连接到后面的EXTI通道里，这就是 “所有的GPIO 口都能触发中断
但是相同的Pin不能同时触发中断” 的原因

AFIO复用IO口

“复用”指的是将同一个输入/输出（I/O）引脚用于多种不同的功能或用途

  • AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义（也就是数据选择器的作用）
  • 在STM32中，AFIO主要完成两个任务
    1. 复用功能引脚重映射
    2. 中断引脚选择

在这里插入图片描述

EXTI内部框图

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AFIO / EXTI / NVIC 相关函数

AFIO相关函数

//AFIO 没有专门的库函数文件，它的库函数和 GPIO 在一个文件中void GPIO_AFIODeInit(void); 	
//用于复位 AFIO 外设，调用该图数后 AFIO 外设的配就会被全部清除void GPIO_PinLockConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
//用于锁定GPIO配道,调用该函数,参数指定某个引脚,该引脚的配置就会被锁定,防止意外更改void GPIO_EventOutputConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
void GPIO_EventOutputCmd(FunctionalState NewState);
//用于配置AFIO的事件输出功能(用的不多)void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState);
/*用于进行引脚重映射第一个参数:选择重映射的方式第二个参数:新的状态
*/void GPIO_EXTILineConfig(uint8_t GPIO_PortSource, uint8_t GPIO_PinSource);
/*用于配置AFIO的数据选择器，选择想要的中断引脚(这个函数虽然是GPIO开头，但是里面操作的AFIO寄存器)第一个参数:GPIO_Portsource是选择某个GPIO外设作为外部中断源第二个参数:GPIO_Pinsource是指定要配置的外部中断线
*/void GPIO_ETH_MediaInterfaceConfig(uint32_t GPIO_ETH_MediaInterface);
//和以太网有关(我们的芯片没有以太网外设，所以用不到)

EXTI相关函数

void EXTI_DeInit(void);
//用于清除EXTI配置，恢复成上电默认的状态void EXTI_Init(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);
//调用这个函数，可以根据这个结构体里的参数配置EXTI外设
//初始化EXTI主要用的就是这个函数void EXTI_StructInit(EXTI_InitTypeDef* EXTI_InitStruct);
//调用这个函数，可以把参数传递的结构体变量赋一个默认值void EXTI_GenerateSWInterrupt(uint32_t EXTI_Line);
//用于软件触发外部中断
//调用这个函数,参数给一个指定的中断线,就能软件触发一次外部中断FlagStatus EXTI_GetFlagStatus(uint32_t EXTI_Line);
void EXTI_ClearFlag(uint32_t EXTI_Line);ITStatus EXTI_GetITStatus(uint32_t EXTI_Line);
//用来获取EXTI的中断标志位状态，如果EXTI线有中断发生函数返回“SET”否则返回“RESET”void EXTI_ClearITPendingBit(uint32_t EXTI_Line);
//用于清除中断标志位，以便下一次中断能够触发（每次中断程序结束后都应该清除一下中断标志位）

NVIC相关函数

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);
//用于中断分组，参数是中断分组的方式
//(在配置中断之前，要先指定一下中断分组)void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);
//根据结构体里面指定的参数初始化NVICvoid NVIC_SetVectorTable(uint32_t NVIC_VectTab, uint32_t Offset);
//用于设置中断向量表void NVIC_SystemLPConfig(uint8_t LowPowerMode, FunctionalState NewState);
//系统低功耗配置

旋转编码器简介

旋转编码器：用来测量位置、速度或旋转方向的装置，当其旋转轴旋转时，其输出端可以输出与旋转速度和方向对应的方波信号，读取方波信号的频率和相位信息即可得知旋转轴的速度和方向

类型：机械触点式/霍尔传感器式/光栅式

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对射式红外传感器计次

接线图

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CountSensor（传感器）驱动程序封装

CountSensor.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device headeruint16_t CountSensor_Count;void CountSensor_Init(void){	//Step1:开启始时钟	//RCC开启始时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);	//开启 AFIO 时钟，AFIO 也是 APB2 的外设,RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);	//EXTI 和 NVIC 两个外设的时钟一直是打开的，不需要再开启时钟了//Step2:配置GPIOGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//Step3:配置AFIO//配置AFIO外部中断引脚选择GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);//执行完后AFIO的第14个数据选择器就拨好了//这样PB14号引脚的电平信号就可以顺利通过AFIO进入到EXTI电路了//Step4:配置EXTIEXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);//Step5:配置NVICNVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}//中断函数
//在STM32中，中断函数的名字都是固定的，每个中断通道都对应一个中断函数
//中断函数的名字可以参考启动文件
void EXTI15_10_IRQHandler(void){//由于这个函数 EXTI10 到 EXTI15 都能进，所以要先判断一下是不是我们想要的 EXTI14if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET){if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14) == 0){CountSensor_Count++;}		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);}
}uint16_t CountSensor_Get(void){return CountSensor_Count;
}

CountSensor.h

#ifndef __COUNT_SENSOR_H
#define __COUNT_SENSOR_Hvoid CountSensor_Init(void);
uint16_t CountSensor_Get(void);#endif

main.c 源程序

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "CountSensor.h"int main(void){OLED_Init();CountSensor_Init();OLED_ShowString(1, 1, "Count:");while(1){OLED_ShowNum(1, 7, CountSensor_Get(), 5);}
}

旋转编码器计次

接线图

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Encoder驱动程序封装

Encoder.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device headerint16_t Encoder_Count;void Encoder_Init(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}int16_t Encoder_Get(void){int16_t Temp;Temp = Encoder_Count;Encoder_Count = 0;return Temp;
}//在A相下降沿和B相低电平时才判断为反转，Encoder_Count--
void EXTI0_IRQHandler(void){if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET){if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0){Encoder_Count--;}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);}}//在B相下降沿和A相低电平时才判断为正转，Encoder_Count++
void EXTI1_IRQHandler(void){if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET){if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0){Encoder_Count++;}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);}
}

Encoder.h

#ifndef __ENCODER_H
#define __ENCODER_Hvoid Encoder_Init(void);
int16_t Encoder_Get(void);#endif

main.c 源程序

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Encoder.h"int16_t Num;int main(void){	OLED_Init();Encoder_Init();OLED_ShowString(1, 1, "Num:");	while(1){Num += Encoder_Get();OLED_ShowSignedNum(1, 5, Num, 5);}
}

STM32 专栏文章均参考 《STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕》教程视频

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