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五、中断系统及外部中断

news 来源：原创 2025/9/16 9:46:04
  • 中断系统是管理和执行中断的逻辑结构；
  • 外部中断是众多能产生中断的外设之一；

一、中断系统

1.中断的概念

  • 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；
    • 即中断就是在正常主程序执行的某个时刻， 发生了中断触发条件（即发生了比较紧急的事件），CPU能够立即停下当前执行的程序，转而处理中断事件的程序；
    • 中断触发条件
      • 对于外部中断，可以是引脚发生了电平跳变，如果不处理，可能又会有新的跳变信号 ；
      • 对于定时器来说，可以是定时的时间到了；
      • 对于串口通信来说，可以是接收到了数据，如果不读取接收到的数据，新的数据就会把原来的数据覆盖掉；
  • 使用中断系统，能够极大提高程序运行的效率
    • 比如如果没有中断系统，为了防止串口数据被覆盖，主程序就需要不断的地查询是否有这些事件发生，从而影响其他应用的处理；

2.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；
    • 即中断优先级就是中断的紧急程度；
    • 中断优先级是我们根据程序的需求，自己设置的；如果事件非常紧急，就把中断优先级设置高一些，如果不是那么紧急，就把中断优先级设置低一些；

3.中断嵌套

  • 当一个中断程序正在运行时，又有新的且优先级更高的中断源申请中断，CPU会暂停当前的中断程序，转而处理优先级更高的中断程序，处理完成后根据中断优先级高低依次返回；
    • 即中断嵌套就是把中断再次中断；
    • 中断嵌套也是为了照顾非常紧急的中断，即当CPU正在执行中断时，如果发生了更加紧急的中断，CPU就可以把当前的中断程序二次中断，这样新的紧急中断就可以立即被执行了；
    • 能否进行中断嵌套，也是由中断优先级决定的；

4.中断执行流程

在这里插入图片描述

  • 被暂停的地方，称为断点；
  • 为了程序能在中断返回后继续原来的工作，在中断执行前，会对程序的现场进行保护，中断执行后，会再还原现场；这样可以保证主程序即使被中断了，回来之后也能继续运行；用C语言编程，保护和还原现场的工作不需要我们来做，编译器会自动帮我做；
  • 中断程序一般都是在一个函数里，该函数不需要我们调用，中断来临时，由硬件自动调用该函数；

5.STM32的中断

  • STM32F1系列有68个可屏蔽中断通道，包含EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、I2C、RTC等多个外设；
    • 68个中断指的是该系列拥有最多的中断，对于具体的型号，需要以对应的数据手册为准；
  • STM32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；（详见第7小节：NVIC的中断优先级分组）在这里插入图片描述
  • 程序中的中断函数的地址是由编译器分配的，是不固定的；
  • 中断跳转，由于硬件的限制，只能跳转到固定的地址执行程序；
  • 为了能够让硬件跳转到一个地址不固定的中断函数里，就需要在内存中定义一个地址的列表，该列表地址是固定的，中断发生后，就跳到该固定地址，在该固定位置，由编译器加上一条跳转到中断函数的代码，这样中断跳转就可以跳转到地址不固定的中断函数中了；该地址列表就是中断向量表，相当于中断的一个跳板，C语言编程时，不需要管中断向量表；

6.NVIC，Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中断控制器的基本结构

  • STM32中，NVIC是用来统一分配中断优先级和管理中断的；
  • NVIC是一个内核外设（其介绍需要在Cortex-M3编程手册中查找），是CPU的小助手，当同时有多个中断申请时，由NVIC来决定CPU执行中断的顺序；
  • NVIC的基本结构
    在这里插入图片描述

7.NVIC的中断优先级分组

  • NVIC的中断优先级由优先级寄存器中的4位决定（0 ~ 24-1, 即0 ~ 15）。这4位可进行切分，分为高n位的抢占优先级和第4-n位的响应优先级；
    • 抢占优先级高的可以中断嵌套（即抢占优先级高的中断可以打断抢占优先级低的中断，优先执行）；
    • 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； （中断号，详见第5小节：STM32的中断中的表）
  • 下图为具体的优先级分组
    在这里插入图片描述
  • 【中断的优先级数值越小，优先级越高】

二、EXTI，Extern Interrupt，外部中断

1.EXTI简介

  • 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；
    • EXTI支持的触发方式（即IO口电平变化的方式）：上升沿、下降沿、双边沿、软件触发；
    • EXTI支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断（即PA1、PB1、PC1…不能同时触发中断）；
    • EXTI的中断通道数：16个 GPIO_Pin（即Pin0~Pin15），外加PVD（Power Voltage Detector，电源电压检测）、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒；
      • 外部中断，可以从低功耗模式的停止模式下唤醒STM32；
    • EXTI的触发响应方式：中断响应、事件响应；
      • 中断响应是正常流程 ，引脚电平变化触发中断，执行对应中断函数；
      • 事件响应不会触发中断，中断信号通向其他外设，触发其他外设操作，属于外设之间的联合工作，如触发ADC转换、触发DMA等；

2.EXTI基本结构

在这里插入图片描述

（1）EXTI中AFIO（Alternate Function I/O，即复用功能输入输出）的使用

  • AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义；
  • 在STM32中，AFIO主要完成2个任务：
    • 复用功能引脚重映射；
    • 中断引脚选择；
      在这里插入图片描述

（2） EXTI功能框图

在这里插入图片描述

三、外部中断实验

1.外部中断实验——旋转编码器介绍

  • 什么设备需要用到外部中断，以及使用外部中断的好处
    • 想要获取的信号是外部驱动的、很快的、突发信号；
      • 比如：旋转编码器的输出信号，可能很久都不会拧动它，这时不需要STM32做任何事； 但当拧动编码器时，就会有很多脉冲波形需要STM32接收；
        • 即该信号是突发的，STM32不知道该信号什么时候会产生；
        • 同时该信号是外部驱动的，STM32只能被动读取；
        • 而且该信号非常快，STM32稍微晚来一点读取，就会错过很多波形；
      • 比如：红外遥控接收头的输出，接收到遥控数据之后，接收头会输出一段波形，该信号转瞬即逝；
      • 按键也是外部驱动的突发事件，但不建议使用外部中断读取按键，因为中断不好处理按键抖动和松手检测的问题，对于按键来说，其输出波形也不是转瞬即逝的；
        • 要求不高时，可以在主循环中循环读取；
        • 或定时器中断读取的方式，该方法既可以做到后台读取按键值，不阻塞程序，也可以很好地处理按键抖动和松手检测问题；（江协51视频中有介绍）
  • 旋转编码器介绍
    • 旋转编码器作用：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；
    • 旋转编码器类型：机械触点式、霍尔传感器式、光栅式；
      • 单向输出：对射红外传感器+光栅编码盘
        在这里插入图片描述
        我们可以通过外部中断来捕获该方波的边沿，以此判断位置和速度；
        但该模块只有一路输出，无法区分正转和反转；即只能测位置和速度，不能测旋转方向；
      • 双向正交输出：机械触点式编码器
        在这里插入图片描述
        • 正向旋转时，B相输出相比A相输出滞后90度；
        • 反向旋转时，B相输出相比A相输出提前90度；
        • 相位相差90度的波形叫做正交波形，带正交波形信号输出的编码器，可以用来测方向；
          （有的编码器不是输出正交波形，也可以测方向。其一个引脚输出方波信号代表转速，另一个引脚输出高低电平代表方向）
  • 旋转编码器硬件电路及接线图
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

2.外部中断实验（一）——对射式红外传感器计次实验

  • 接线图
    在这里插入图片描述
  • EXTI中断配置步骤
    在这里插入图片描述
  • CountSensor.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
uint16_t CountSensorCount;void CountSensorInit(void)
{// 1.开启GPIO、AFIO时钟；RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);// 2.配置GPIO,PB14为浮空输入；GPIO_InitTypeDef GPIOInitStructure;GPIOInitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;GPIOInitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;GPIOInitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIOInitStructure);// 3.配置AFIO(对应库函数定义与GPIO在一处)；GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);// 4.配置EXTIEXTI_InitTypeDef EXTIInitStructure;EXTIInitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line14;EXTIInitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTIInitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTIInitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;EXTI_Init(&EXTIInitStructure);// 5.配置NVIC（NVIC的库函数在misc文件中）NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	//优先级分组NVIC_InitTypeDef NVICInitStructre;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVICInitStructre);
}uint16_t CountSensor_Get(void)
{return CountSensorCount;
}// 中断函数，中断函数都是无参无返回值的，命名参考启动文件
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET){if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14) == 0){CountSensorCount ++;								//计数值自增一次}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);	//清除中断标志位--->只要中断标志位置1，程序就会跳转到中断函数；如果不清楚中断标志位，就会一直申请中断，这样程序就会不断响应中断，执行中断函数，最终卡死在中断函数中；}
}
  • CountSensor.h
#ifndef __COUNT_SENSOR_H
#define __COUNT_SENSOR_H
#include "stm32f10x.h"                  // Device headervoid CountSensorInit(void);
uint16_t CountSensor_Get(void);#endif
  • main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "CountSensor.h"int main(void)
{OLED_Init();CountSensorInit();OLED_ShowString(1, 1, "Count:");		//注意字符串不要超过显示的长度，否则在改行覆盖显示while(1){OLED_ShowNum(1, 7, CountSensor_Get(), 5);}}
  • 工程示例下载地址，密码：8m6g

3.外部中断实验（二）——旋转编码器计次实验

  • 接线图
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  • Encoder.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device headerint16_t EncoderCount;void EncoderInit(void)
{// 1.开启GPIO、AFIO时钟；RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);// 2.配置GPIO,PB14为浮空输入；GPIO_InitTypeDef GPIOInitStructure;GPIOInitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;GPIOInitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;GPIOInitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIOInitStructure);// 3.配置AFIO(对应库函数定义与GPIO在一处)；GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource1);// 4.配置EXTIEXTI_InitTypeDef EXTIInitStructure;EXTIInitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0 | EXTI_Line1;EXTIInitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTIInitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTIInitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;EXTI_Init(&EXTIInitStructure);// 5.配置NVIC（NVIC的库函数在misc文件中）NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	//优先级分组NVIC_InitTypeDef NVICInitStructre;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVICInitStructre);NVICInitStructre.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVICInitStructre.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;NVIC_Init(&NVICInitStructre);
}int16_t EncoderGet(void)
{int16_t temp;temp = EncoderCount;EncoderCount = 0;return temp;
}void EXTI0_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET){if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0){EncoderCount --;}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);}
}void EXTI1_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET){if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) == 0){EncoderCount ++;}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);}
}
  • Encoder.h
#ifndef __ENCODER_H
#define __ENCODER_H#include "stm32f10x.h"                  // Device headervoid EncoderInit(void);
int16_t EncoderGet(void);#endif

-main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Encoder.h"int16_t Num;int main(void)
{OLED_Init();EncoderInit();OLED_ShowString(1, 1, "Num:");		//注意字符串不要超过显示的长度，否则在改行覆盖显示while(1){Num +=EncoderGet();OLED_ShowSignedNum (1, 5, Num, 5);}}
  • 工程示例下载地址，密码：e0m7

四、中断编程建议

  • 中断函数中，最好不要执行耗时过长的代码，中断函数要简短快速；
  • 最好不要在中断函数和主函数中调用相同的函数或操作同一个硬件；

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编程日记 2025/9/15 18:59:16

CExercise_09_2动态拼接字符串_1字符串拼接

题目&#xff1a; 标准库函数strcat会将一个字符串追加到另一个字符串的末尾。 现在我们编写一个函数把两个字符串拼接起来&#xff0c;返回拼接的结果&#xff0c;但要求不改变其中任何一个字符串。其函数声明如下&#xff1a; char* my_strcat(const char* prefix, const cha…...

编程日记 2025/9/4 17:13:20

【保姆级图解】插入排序 算法详解：直接插入排序、希尔排序

总体引入 在计算机科学的算法领域中&#xff0c;排序是一项基础且重要的操作。它旨在将一组无序的数据元素重新排列为有序序列&#xff0c;以满足特定的顺序要求&#xff0c;如升序或降序。常见的排序算法可分为不同类别&#xff0c;像插入排序&#xff0c;包含直接插入排序和…...

编程日记 2025/9/10 20:12:57

Python爬虫第10节-lxml解析库用 XPath 解析网页

目录 引言 一、XPath简介 二、XPath常用规则 三、实例讲解 四、节点的选取 4.1 所有节点的选取 4.2 子节点的选取 4.3 父节点选取 五、属性匹配获取及文本获取 5.1 属性匹配 5.2 文本获取 5.3 属性获取 5.4 属性多值匹配 5.5 多属性匹配 六、按序选择 七、节点…...

编程日记 2025/9/15 17:36:31

Prometheus有哪几种服务发现？

Prometheus 支持多种服务发现 (Service Discovery) 机制&#xff0c;用于自动发现需要监控的目标。这些服务发现机制主要分为以下几类&#xff1a; 1. 静态配置 (Static Configuration) Static Configuration: 手动定义静态目标列表。适用于小规模的、固定的目标环境&#xf…...

编程日记 2025/9/15 7:28:20

突破焊丝虚影干扰，端子焊点缺陷检测如何实现自动化？

端子焊点作为 3C 产品中连接电路的关键环节&#xff0c;其质量优劣对产品性能有着决定性影响。然而&#xff0c;传统人工检测端子焊点不仅效率低下&#xff0c;难以满足大规模生产需求&#xff0c;而且误判率高&#xff0c;无法精准把控产品质量&#xff0c;成为企业提质增效智…...

编程日记 2025/9/15 0:28:24

2025.04.10-拼多多春招笔试第二题

📌 点击直达笔试专栏 👉《大厂笔试突围》 💻 春秋招笔试突围在线OJ 👉 笔试突围OJ 02. 糖果店的优惠兑换计划 问题描述 K小姐开了一家糖果店，推出了一种特殊的兑换活动。商店有 n n n<...

编程日记 2025/9/15 11:10:48

linux系统下如何提交git和调试

我们默认的ubuntu20.04镜像是没有Git提交的工具&#xff0c;我们需要配置安装包。 安装和更新git的命令 sudo apt update //用于更新软件包索引sudo apt install git //用于安装git版本控制工具 git --version //检查git版本,确认是否安装成功 随便进入linux系统下的一…...

编程日记 2025/9/13 9:54:21

40页的IPD流程指标字典【全文精读】

该文档聚焦 IPD 流程指标&#xff0c;为企业在产品研发管理领域提供全面量化评估标准&#xff0c;主要适用于企业中与产品研发、管理、财务及市场相关的各类人员。 财务类指标&#xff1a;涵盖市场份额、新产品销售比重等&#xff0c;用于评估产品市场竞争力、投资效率…...

编程日记 2025/9/9 1:06:05

如何在Cherry Studio中配置MCP工具服务？国内MCP服务有哪些？

在当今数字化时代&#xff0c;AI助手已成为提升工作效率和创造力的重要工具。Cherry Studio作为一个全能的AI客户端&#xff0c;支持多平台&#xff08;包括Windows、macOS和Linux&#xff09;&#xff0c;并提供了丰富的功能&#xff0c;如大模型对话、AI绘图和AI翻译等。为了…...

编程日记 2025/9/8 17:46:23

动态词槽管理系统深度设计

动态词槽管理系统深度设计 基于Dual-Encoder的实时增量式语义槽管理方案 一、Dual-Encoder架构优化 1.1 架构创新设计 增强型双塔模型结构&#xff1a; #mermaid-svg-DRhtmuANYnJBJzpu {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill…...

编程日记 2025/9/12 16:20:00

网络安全中信息收集需要收集哪些信息了？汇总

目录 1. 域名信息 2. IP地址与网络信息 3. 备案与注册信息 4. Web应用与中间件信息 5. 操作系统与服务器信息 6. 敏感文件与配置文件 7. 社交工程信息 8. 证书与加密信息 9. API与接口信息 10. 外部威胁情报 11. 历史数据与缓存 常用工具与技术&#xff1a; 在网络…...

编程日记 2025/9/9 16:10:08

代码模板-线段树（区间修改，区间查询和和最值）

题目链接&#xff1a;1270. 数列区间最大值 - AcWing题库 代码&#xff1a; // #pragma GCC optimize(1) // #pragma GCC optimize(2) // #pragma GCC optimize(3,"Ofast","inline")#include<bits/stdc.h> using namespace std; typedef long long…...

编程日记 2025/9/15 6:26:15

LLM介绍

一、核心概念与能力边界 LLM&#xff08;Large Language Model&#xff1a;大语言模型&#xff09;是基于海量文本训练的深度学习模型&#xff0c;其核心能力源于Transformer架构与自监督学习机制。关键特征包括&#xff1a; 参数规模&#xff1a;千亿级参数&#xff08;如GP…...

编程日记 2025/9/11 10:35:43

[数据结构]排序

目录 1、排序的概念 2、常见排序算法 3、直接插入排序 4、希尔排序 5、直接选择排序 6、堆排序 7、冒泡排序 1、排序的概念 排序&#xff1a;所谓排序&#xff0c;就是使一串记录&#xff0c;按照其中的某个或某些关键字的大小&#xff0c;递增或递减的排列起来的操作 …...

编程日记 2025/9/7 10:00:20

Next.js + Droplet：高并发视频内容平台部署与优化扩展实战

在构建在线服务时&#xff0c;无论你是开发者还是企业技术负责人&#xff0c;扩展性和稳定性始终是绕不开的核心挑战。尤其在涉及高并发访问、大量数据传输和持续内容分发的场景中&#xff0c;系统架构的设计直接决定了用户体验与业务成效。 本文将以视频点播&#xff08;Video…...

编程日记 2025/9/10 9:55:47

django寻味美食分享与交流网站-计算机毕业设计源码74984

摘 要 美食分享与交流网站是当前社交网络领域的一个热门话题。本研究旨在探讨用户在美食分享网站上的行为和互动模式&#xff0c;以及他们分享和获取美食信息的动机和方式。通过对美食分享网站上用户发文内容和互动数据的分析&#xff0c;揭示了用户在美食分享中的需求和行为规…...

编程日记 2025/9/16 0:52:11

把读写函数里的printf 打印到文件里

使用 fprintf 函数 将输出目标从标准输出&#xff08;stdout&#xff09;更改为一个文件指针 1、首先&#xff0c;在头文件或全局变量中定义一个 FILE 类型的指针&#xff0c;用于指向输出文件。 2、在程序启动时&#xff0c;打开文件并将文件指针赋值给上面定义的全局指针。…...

编程日记 2025/9/3 17:48:20

在idea中看spring源码

一、搭建环境 1.1 下载源码到本地 在github中找到spring-framework项目&#xff0c;或者这个地址&#xff08;https://github.com/spring-projects/spring-framework&#xff09; 然后把项目下载到本地目录&#xff0c;如图 1.2 然后用idea打开这个项目 1.3 然后等构建&…...

编程日记 2025/9/9 20:28:55

用最简单的方式讲述离散傅里叶级数（DFS）以及离散傅立叶变换（DFT）

文章目录 前言 一、傅里叶变换的多种形式 二、浅谈离散傅里叶级数&#xff08;DFS&#xff09; 三、浅谈离散傅里叶变换&#xff08;DFT&#xff09; 总结 前言 本文对四种不同的傅里叶变换做了总结与梳理&#xff0c;并针对其中存在联系的形式做了推导。接着又讲述了离散傅里叶…...

编程日记 2025/9/11 19:01:47

python基础语法14-多线程与多进程

Python 多线程与多进程详解 在 Python 中&#xff0c;多线程和多进程是常用的并发编程技术&#xff0c;它们可以帮助程序在处理大量任务时提高效率。Python 提供了多个模块来支持多线程和多进程的开发&#xff0c;包括 threading、multiprocessing 和 asyncio。本文将详细介绍…...

编程日记 2025/9/11 10:18:39