保姆级 STM32 HAL 库外部中断教学

1. 外部中断概述

为什么用外部中断？
当按键按下时，CPU 无需轮询检测引脚状态，而是通过中断机制立即响应，提高效率，适用于实时性要求高的场景。

关键概念

• EXTI (External Interrupt/Event Controller)：STM32 的外设，负责管理外部中断/事件。
• NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller)：管理中断优先级和使能。
• GPIO 与 EXTI 的映射：每个 GPIO 引脚对应特定的 EXTI 线（如 PA0、PB0 共用 EXTI0）。

2. 准备工作

• 硬件：STM32 开发板（如 STM32F103C8T6）、按键电路（接 GPIO 引脚，如 PA0，按下时拉低/拉高）。
• 软件：STM32CubeMX、Keil MDK 或 IDE。
• 按键消抖：硬件消抖（电容电阻）或软件消抖（延时检测）。

3. STM32CubeMX 配置

步骤 1：创建工程

1. 打开 CubeMX → 新建工程 → 选择你的 STM32 型号。

步骤 2：配置 GPIO 为外部中断模式

1. 找到按键连接的 GPIO 引脚（如 PA0）。
2. 设置 GPIO Mode 为 External Interrupt Mode with Rising/Falling edge trigger（根据按键电路选择触发边沿，如下降沿触发 Falling Edge）。

步骤 3：配置 NVIC

1. 在 NVIC 标签页中，使能对应的 EXTI 中断（如 EXTI line0 interrupt）。
2. 设置优先级（默认优先级即可，复杂项目需调整）。

步骤 4：生成代码

1. Project → Generate Code → 选择 IDE 生成代码。

4. 代码编写

关键函数解析

• 中断服务函数：EXTI0_IRQHandler()（自动生成，无需修改，调用 HAL 库处理函数）。
• 回调函数：HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)，用户在此编写中断逻辑。

示例代码

// 在 main.c 中重写回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
    if (GPIO_Pin == KEY_PIN) {  // KEY_PIN 需替换为你的引脚（如 GPIO_PIN_0）
        // 简单消抖：延时检测电平是否稳定
        HAL_Delay(10);  // 注意：中断内慎用延时，实际项目建议用标记位+主循环处理
        if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
            // 执行按键操作，如翻转 LED
            HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_PIN);
        }
    }
}

优化建议

• 避免在中断内使用延时：改用全局变量标记按键状态，在主循环中处理。

  volatile uint8_t key_pressed = 0;  // 中断内修改，主循环检测
  
  void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
      if (GPIO_Pin == KEY_PIN) {
          key_pressed = 1;  // 标记按键按下
      }
  }
  
  // 主循环中处理
  while (1) {
      if (key_pressed) {
          HAL_Delay(50);  // 消抖
          if (HAL_GPIO_ReadPin(...)) {
              // 执行操作
          }
          key_pressed = 0;
      }
  }
  

5. 关键注意事项

1. GPIO 与 EXTI 线映射：PA0、PB0 等共用 EXTI0，同一时间只能有一个 GPIO 使用 EXTI0。
2. 中断优先级：若系统中有多个中断，需合理配置 NVIC 优先级。
3. 消抖处理：机械按键需消抖，防止误触发。
4. 中断函数简洁性：避免在中断内执行耗时操作（如 printf）。

6. 测试与验证

• 现象：按下按键时，LED 状态翻转。
• 调试技巧：
  • 在回调函数内设置断点，观察是否触发。
  • 使用逻辑分析仪或示波器监测引脚电平变化。

7. 常见问题

• 中断不触发：
  • 检查 GPIO 配置模式和触发边沿。
  • 确认 NVIC 中中断已使能。
  • 检查硬件连接（按键是否接触良好）。
• 按键多次触发：未消抖或触发边沿设置错误。

总结

通过外部中断实现按键检测，能显著提升系统实时性。掌握 CubeMX 配置和 HAL 库回调机制后，可扩展至其他外部事件（如传感器信号、通信事件）。进阶学习可探索中断嵌套、事件模式等。