3. 外部中断按键响应

外部中断按键响应 学习卡片

任务定义

本案例以STM32F103最小系统板为硬件平台，使用PA0引脚（外部中断EXTI0）连接一个按键，PB0引脚连接一个LED。要求：按键按下时触发外部中断，在中断服务函数中翻转LED状态，同时通过中断优先级设置，验证当主循环中存在长延时任务时，按键响应不受阻塞。完成目标是：按键每次按下，LED亮灭状态切换一次，且响应延迟不超过按键消抖后的一个中断周期。

硬件连接

  • PA0 → 按键一端，按键另一端接GND（按键按下为低电平）
  • PA0外部上拉电阻10kΩ至VCC3.3V
  • PB0 → LED阳极（串联330Ω限流电阻），LED阴极接GND

中断优先级配置说明

STM32F103使用NVIC中断控制器。本案例设置两个中断源：EXTI0（按键）和SysTick（系统节拍，用于主循环延时）。通过NVIC_PriorityGroup_2（2位抢占优先级，2位子优先级）配置，将EXTI0的抢占优先级设为0（最高），SysTick设为3（最低）。这样即使主循环正在执行长延时，按键中断也能立即抢占执行。

代码实现

// main.c
#include "stm32f10x.h"
#include <stdint.h>

// LED状态标志，在中断中修改，主循环中读取
volatile uint8_t led_state = 0;

// 简单延时函数（非中断内使用）
void delay_ms(uint32_t ms) {
    for (uint32_t i = 0; i < ms * 4000; i++) {
        __NOP();
    }
}

// GPIO初始化
void GPIO_Config(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 使能GPIOA和GPIOB时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    // PA0 按键输入，上拉
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  // 上拉输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // PB0 LED输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  // 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // 初始LED灭
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
}

// EXTI0中断配置
void EXTI0_Config(void) {
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    // 使能AFIO时钟（EXTI需要）
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    
    // PA0连接到EXTI0
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);
    
    // 配置EXTI0：下降沿触发（按键按下时从高到低）
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    
    // NVIC配置：抢占优先级0，子优先级0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  // 最高抢占优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// SysTick配置为1ms中断，优先级设为最低
void SysTick_Config_Init(void) {
    // 设置SysTick优先级为3（最低抢占优先级）
    NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 3);
    // 72MHz时钟，1ms中断
    if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)) {
        while (1);  // 配置失败死循环
    }
}

// EXTI0中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
        // 消抖延时（约10ms）
        delay_ms(10);
        // 再次确认按键确实按下（低电平）
        if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0) {
            // 翻转LED状态
            led_state = !led_state;
            if (led_state) {
                GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);   // LED亮
            } else {
                GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // LED灭
            }
        }
        // 清除中断标志
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

// SysTick中断服务函数（空实现，仅用于产生中断）
void SysTick_Handler(void) {
    // 空函数体，仅用于验证中断嵌套不影响按键响应
}

int main(void) {
    // 配置NVIC分组：2位抢占优先级，2位子优先级
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
    GPIO_Config();
    EXTI0_Config();
    SysTick_Config_Init();
    
    while (1) {
        // 主循环中执行长延时任务（模拟阻塞场景）
        // 此延时期间，按键中断仍能抢占执行
        delay_ms(500);
        // 主循环空操作，等待中断
        __NOP();
    }
}

代码说明

代码中led_state为volatile全局变量，在中断中修改、主循环中不直接操作，避免编译器优化导致读取不一致。按键消抖采用中断内10ms延时方式，虽然占用中断处理时间，但配合抢占优先级设置，不影响其他高优先级中断（本案例无其他高优先级中断）。SysTick中断仅用于验证：当SysTick和EXTI0同时就绪时，EXTI0因抢占优先级更高而先执行。

编译与烧录

  1. 使用Keil MDK或STM32CubeIDE创建工程，选择芯片型号STM32F103C8T6（或兼容型号）。
  2. 将上述代码保存为main.c，替换工程中的默认main.c。
  3. 编译工程，生成HEX文件。
  4. 使用ST-Link或串口ISP将HEX烧录到开发板。

验证方法与判定标准

验证步骤：

  1. 将程序烧录后，开发板上电，观察LED初始状态为灭。
  2. 按下按键并释放，观察LED状态是否翻转（灭→亮或亮→灭）。
  3. 连续快速按动按键多次，每次按下释放后LED都应翻转一次。
  4. 在按键按下期间，观察主循环的500ms延时是否导致按键响应延迟（预期不会，因为中断抢占优先级高于主循环）。

判定标准：

  • 每次按键按下并释放后，LED状态翻转一次，无漏响应、无重复翻转。
  • 按键响应时间稳定，不受主循环长延时影响（即按下后LED立即翻转，无需等待主循环延时结束）。
  • 若将EXTI0抢占优先级改为低于SysTick（如改为3），则按键响应会延迟至主循环延时结束后才执行，可对比验证优先级配置的作用。
外部中断按键响应 - 中断优先级验证时序 时间 主循环 延时500ms 延时500ms 延时500ms 按键按下 t1 EXTI0中断 翻转LED SysTick中断 每1ms触发 抢占行为说明 • EXTI0抢占优先级=0，SysTick=3 • 按键中断立即打断主循环延时 • 中断返回后主循环继续剩余延时 立即响应（无阻塞） 验证对比： 若将EXTI0抢占优先级改为3（与SysTick同级），按键中断需等待当前SysTick处理完毕，响应延迟约1ms；若改为4（低于SysTick），则需等待主循环延时结束才响应。

中断优先级验证要点

本案例通过NVIC_PriorityGroup_2将优先级分为2位抢占+2位子优先级。EXTI0抢占优先级设为0（最高），SysTick设为3（最低）。当按键中断发生时，无论主循环处于何处，CPU都会立即响应EXTI0中断请求，执行LED翻转后返回主循环继续执行。若将EXTI0抢占优先级调低，则按键响应会被SysTick或主循环阻塞，LED翻转延迟明显，从而直观理解中断优先级的作用。

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