如何檢測(cè)I/O端口的電平變化判斷是否產(chǎn)生中斷/事件請(qǐng)求

EXTI簡(jiǎn)介

EXTI是外部中斷/事件控制器，包含多個(gè)邊沿檢測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)I/O端口的電平變化判斷是否產(chǎn)生中斷/事件請(qǐng)求。

MM32F0140的EXTI包含19個(gè)外部中斷線，其中外部中斷線EXTI0 ~ EXTI15用于I/O映射，EXTI16連接到PVD輸出，EXTI19連接到比較器1輸出，EXTI24連接到IWDG中斷。可通過(guò)軟件控制任意一個(gè)I/O端口作為EXTI的輸入源，EXTI檢測(cè)對(duì)應(yīng)端口是否產(chǎn)生邊沿觸發(fā)，若檢測(cè)到邊沿觸發(fā)則產(chǎn)生中斷/事件請(qǐng)求，GPIO對(duì)應(yīng)的16個(gè)外部中斷/事件映射關(guān)系如圖1所示。

圖1 MM32F0140 GPIO對(duì)應(yīng)外部中斷/事件映射

EXTI進(jìn)行邊沿檢測(cè)時(shí)包含三種觸發(fā)類型：

上升沿觸發(fā)

電平由低到高時(shí)的一瞬間稱為上升沿，由上升沿的產(chǎn)生觸發(fā)輸出變化就稱作上升沿觸發(fā)。

下降沿觸發(fā)

電平由高到低時(shí)的一瞬間稱為下降沿，由下降沿的產(chǎn)生觸發(fā)輸出變化則稱為下降沿觸發(fā)。

任意邊沿觸發(fā)

電平由上升沿或下降沿的產(chǎn)生而觸發(fā)輸出變化被稱作任意邊沿觸發(fā)。

中斷/事件產(chǎn)生過(guò)程如圖2所示，EXTI邊沿檢測(cè)引腳的外部輸入電平，若由于外部因素導(dǎo)致引腳電平變化并產(chǎn)生邊沿觸發(fā)，則邊沿檢測(cè)電路輸出有效信號(hào)?；蜷T電路接收邊沿檢測(cè)電路輸出的信號(hào)與軟件事件中斷寄存器（EXTI_SWIER）的輸出，軟件事件中斷寄存器能夠通過(guò)軟件啟動(dòng)中斷/事件線。當(dāng)外部中斷線上觸發(fā)邊沿事件時(shí)，掛起寄存器（EXTI_PR）的對(duì)應(yīng)位被置1，可通過(guò)讀EXTI_PR寄存器獲取當(dāng)前中斷/事件狀態(tài)?；蜷T電路的輸出與中斷屏蔽寄存器（EXTI_IMR）的輸出相與，在使能對(duì)應(yīng)線中斷位且邊沿觸發(fā)有效信號(hào)時(shí)，輸出有效信號(hào)到內(nèi)核的NVIC中，NVIC進(jìn)行中斷處理?；蜷T電路的輸出與事件屏蔽寄存器（EXTI_EMR）的輸出結(jié)果相與，當(dāng)使能對(duì)應(yīng)事件線位且邊沿觸發(fā)有效信號(hào)時(shí)，輸出有效信號(hào)1，即脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)可用于其他外設(shè)，例如觸發(fā)TIM。

圖2 EXTI模塊框圖

EXTI的配置

配置中斷

配置并使能中斷線，根據(jù)圖1判斷指定I/O端口對(duì)應(yīng)的外部中斷線與SYSCFG_EXTICRx寄存器中的控制位，（EXTI0~EXTI3使用SYSCFG_EXTICR1寄存器，EXTI4~EXTI7使用SYSCFG_EXTICR2寄存器，EXTI8~EXTI11使用SYSCFG_EXTICR3寄存器，EXTI12~EXTI15使用SYSCFG_EXTICR4寄存器）向SYSCFG_EXTICRx寄存器中外部中斷線的對(duì)應(yīng)位賦值，若使用PA管腳則對(duì)應(yīng)位賦值為0000，PB管腳對(duì)應(yīng)位賦值為0001，PC管腳對(duì)應(yīng)位賦值為0010，PD管腳對(duì)應(yīng)位賦值為0011。

配置邊緣檢測(cè)觸發(fā)器的觸發(fā)類型，若使用上升沿觸發(fā)，則對(duì)上升沿觸發(fā)選擇寄存器（EXTI_RTSR）的外部中斷線對(duì)應(yīng)位置1；若使用下降沿觸發(fā)，則對(duì)下降沿觸發(fā)選擇寄存器（EXTI_FTSR）的外部中斷線對(duì)應(yīng)位置1；若使用任意邊沿觸發(fā)，則EXTI_RTSR寄存器與EXTI_FTSR寄存器的外部中斷線對(duì)應(yīng)位均置1。

中斷屏蔽寄存器（EXTI_IMR）的外部中斷線對(duì)應(yīng)位置1，允許中斷請(qǐng)求。當(dāng)指定的外部中斷線檢測(cè)到配置的觸發(fā)條件時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求，掛起寄存器（EXTI_PR）的對(duì)應(yīng)位置1。通過(guò)軟件對(duì)掛起寄存器中對(duì)應(yīng)位寫入1，使中斷被清除。

配置軟件中斷事件寄存器（EXTI_SWIER）的外部中斷線對(duì)應(yīng)位為1并置1 EXTI_IMR寄存器的外部中斷線對(duì)應(yīng)位，也能產(chǎn)生中斷。

配置事件

配置并使能事件線，對(duì)SYSCFG_EXTICRx寄存器中外部事件線的對(duì)應(yīng)位賦值；配置邊緣檢測(cè)觸發(fā)寄存器為需要的觸發(fā)類型，對(duì)EXTI_RTSR寄存器與EXTI_FTSR寄存器賦值；事件屏蔽寄存器（EXTI_EMR）的對(duì)應(yīng)位置1，允許事件請(qǐng)求。當(dāng)檢測(cè)到配置的觸發(fā)條件時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)事件請(qǐng)求，掛起寄存器對(duì)應(yīng)位置 1；通過(guò)對(duì)掛起寄存器對(duì)應(yīng)位寫1清除事件。

配置軟件中斷事件寄存器（EXTI_SWIER）的外部中斷/事件線對(duì)應(yīng)位為1并置1 EXTI_EMR寄存器的對(duì)應(yīng)位，也能產(chǎn)生事件。

實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)在靈動(dòng)官方開(kāi)發(fā)板MB-023上進(jìn)行，通過(guò)配置EXTI下降沿觸發(fā)中斷，按下按鍵后產(chǎn)生邊沿觸發(fā)，進(jìn)行中斷處理，LED電平轉(zhuǎn)換。配置按鍵所使用的I/O端口的對(duì)應(yīng)外部中斷線，對(duì)SYSCFG_EXTICRx寄存器的EXTIx位賦值，對(duì)EXTI_RTSR寄存器和EXTI_FTSR寄存器賦值配置觸發(fā)類型，使用EXTI_IMR寄存器使能中斷，EXTI_PR寄存器對(duì)應(yīng)位置1清除中斷。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為配置按鍵K2的對(duì)應(yīng)引腳PB2與LED2對(duì)應(yīng)的PB3引腳（如圖3所示），配置PB2對(duì)應(yīng)的外部中斷線為下降沿觸發(fā)，若按下K2，按鍵對(duì)應(yīng)的端口輸入低電平，下降沿觸發(fā)，產(chǎn)生中斷。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為按下按鍵K2，LED2電平反轉(zhuǎn)一次。

圖3 MCU原理圖中的EXTI引腳

初始化外設(shè)時(shí)鐘

SYSCFG在APB2線上，GPIO在AHB線上，實(shí)驗(yàn)使用SYSCFG配置外部中斷，按鍵K2與LED2的引腳均為GPIOB組的引腳。因此對(duì)RCC_APB2ENR寄存器的SYSCFGEN位置1，對(duì)RCC_AHBENR寄存器的GPIOB對(duì)應(yīng)位置1，從而初始化外設(shè)時(shí)鐘。

// Enable SYSCFG clock.
RCC->APB2ENR |= (1u << 0u);
// Enable GPIOB clock.
RCC->AHB1ENR |= (1u << 18u);

初始化按鍵

實(shí)驗(yàn)使用引腳為PB2的K2按鍵，按鍵原理圖如圖4所示，若K2按鍵按下則與GND導(dǎo)通，因此在初始化按鍵時(shí)需配置該端口的工作模式為上拉輸入。

圖4 原理圖中的按鍵

GPIOx_CRL寄存器為端口配置低寄存器，用于配置指定端口的速度與工作模式；GPIOx_BSRR寄存器用于設(shè)置/清除對(duì)應(yīng)端口，該寄存器低16位的對(duì)應(yīng)端口位置1會(huì)產(chǎn)生高電平。由圖5所示，K2所使用的端口PB2為GPIOx_CRL寄存器內(nèi)第8 ~ 11位。

圖5 GPIOx_CRL寄存器

// Clear the configuration bit of port 2.
GPIOB->CRL  = ~(0xf << 8u);
// Configure pull-up input mode.
GPIOB->CRL |= (0x8 << 8u);
// Configure PB2 pin to high level.
GPIOB->BSRR |= (1u << 2u);

初始化LED

實(shí)驗(yàn)使用PB3引腳，使用GPIOx_CRL寄存器對(duì)LED進(jìn)行初始化配置，如圖5所示，端口3為GPIOx_CRL寄存器內(nèi)第12 ~ 15位。

// Clear the configuration bit of port 3.
GPIOB->CRL  = ~(0xf << 12u);
// Configure push-pull output mode.
GPIOB->CRL |= (0x1 << 12u);

配置中斷線

由圖1可知，PB2使用的外部中斷線為EXTI2，配置SYSCFG_EXTICR1寄存器的EXTI2對(duì)應(yīng)位為0001，如圖6所示，EXTI2處于SYSCFG_EXTICR1寄存器的8~ 11位。

圖6 GPIOx_EXTICR1

// Clear EXTI2 and assign value, the corresponding value of PB is 0001.
SYSCFG->EXTICR1 = ( ( SYSCFG->EXTICR1   ~(0xf << 8u) ) | (0x1 << 8u) );

配置觸發(fā)類型

在按鍵初始化中配置按鍵未按下時(shí)處于高電平，因此，對(duì)上升沿觸發(fā)選擇寄存器（EXTI_RTSR）與下降沿觸發(fā)選擇寄存器（EXTI_FTSR）賦值時(shí)配置觸發(fā)類型為下降沿觸發(fā)。

// Clear the corresponding bit of EXTI2 triggered by rising edge.
EXTI->RTSR  = ~ (1u << 2u);
// Configure falling edge trigger.
EXTI->FTSR |= (1u << 2u);

使能中斷

配置EXTI_IMR寄存器的EXTI2對(duì)應(yīng)位，使能中斷。

// Enable EXTI interrupt.
EXTI->IMR |= (1u << 2u);

配置NVIC

EXTI控制中斷，NVIC處理中斷，使用Cortex-M0 core_cm0.h頭文件中的NVIC_EnableIRQ使能中斷線，EXTI2對(duì)應(yīng)中斷為EXTI2_3_IRQn。

// Setup NVIC.
NVIC_EnableIRQ (EXTI2_3_IRQn);

編寫中斷服務(wù)程序

中斷使能中使用EXTI2_3_IRQn，中斷處理函數(shù)要與其匹配，因此使用EXTI2_3_IRQHandler，設(shè)置變量app_exti_event_on作為中斷狀態(tài)標(biāo)志，該變量初始時(shí)為false，中斷請(qǐng)求產(chǎn)生時(shí)中斷狀態(tài)標(biāo)志轉(zhuǎn)換為true，將EXRI_PR寄存器的對(duì)應(yīng)位寫入1來(lái)清除中斷。

void EXTI2_3_IRQHandler(void)
{
    uint32_t flags = EXTI->PR;
    if ( 0u != ( flags   (1u << 2u) ) )
    {
        app_exti_event_on = true;
    }

    EXTI->PR |= (1u << 2u); // Clear interrupt.
}

main()函數(shù)

主程序中初始化變量app_exti_event_times為0，設(shè)置該變量從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)中斷狀態(tài)標(biāo)志app_exti_event_on為true，即產(chǎn)生中斷請(qǐng)求時(shí)，計(jì)數(shù)值加1，由于LED2初始化后顯示為亮，計(jì)算計(jì)數(shù)值取余2，若余數(shù)不等于0則LED2滅，若余數(shù)為0則LED2亮。實(shí)驗(yàn)效果如圖7所示。

int main(void)
{
    // Enable SYSCFG and GPIOB clock.
    RCC->APB2ENR |= (1u << 0u);
    RCC->AHB1ENR |= (1u << 18u);

    // Setup K2.
    GPIOB->CRL  = ~(0xf << 8u);
    GPIOB->CRL |= (0x8 << 8u);
    GPIOB->BSRR |= (1u << 2u);

    // Setup LED2.
    GPIOB->CRL  = ~(0xf << 12u);
    GPIOB->CRL |= (0x1 << 12u);

    // Setup SYSCFG EXTI2.
    SYSCFG->EXTICR1 = ( ( SYSCFG->EXTICR1   ~(0xf << 8u) ) | (0x1 << 8u) );

    // Setup EXTI.
    EXTI->RTSR  = ~ (1u << 2u);
    EXTI->FTSR |= (1u << 2u);

    // Enable EXTI interrupt.
    EXTI->IMR |= (1u << 2u);

    // Setup NVIC.
    NVIC_EnableIRQ (EXTI2_3_IRQn);

    while (1)
    {
        while ( !app_exti_event_on )
        {
        }
        app_exti_event_on = false;

        app_exti_event_times++;
        if ( (app_exti_event_times % 2u) != 0u )
        {

            GPIOB->BSRR = (1u << 3u);// LED2(PB3 pin) off.
        }
        else
        {

            GPIOB->BRR = (1u << 3u);// LED2(PB3 pin) on.
        }
    }
}

圖7 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

審核編輯：彭菁