如何检测I/O端口的电平变化判断是否产生中断/事件请求

EXTI简介

EXTI是外部中断/事件控制器，包含多个边沿检测器，通过检测I/O端口的电平变化判断是否产生中断/事件请求。

MM32F0140的EXTI包含19个外部中断线，其中外部中断线EXTI0 ~ EXTI15用于I/O映射，EXTI16连接到PVD输出，EXTI19连接到比较器1输出，EXTI24连接到IWDG中断。可通过软件控制任意一个I/O端口作为EXTI的输入源，EXTI检测对应端口是否产生边沿触发，若检测到边沿触发则产生中断/事件请求，GPIO对应的16个外部中断/事件映射关系如图1所示。

图1 MM32F0140 GPIO对应外部中断/事件映射

EXTI进行边沿检测时包含三种触发类型：

上升沿触发

电平由低到高时的一瞬间称为上升沿，由上升沿的产生触发输出变化就称作上升沿触发。

下降沿触发

电平由高到低时的一瞬间称为下降沿，由下降沿的产生触发输出变化则称为下降沿触发。

任意边沿触发

电平由上升沿或下降沿的产生而触发输出变化被称作任意边沿触发。

中断/事件产生过程如图2所示，EXTI边沿检测引脚的外部输入电平，若由于外部因素导致引脚电平变化并产生边沿触发，则边沿检测电路输出有效信号。或门电路接收边沿检测电路输出的信号与软件事件中断寄存器（EXTI_SWIER）的输出，软件事件中断寄存器能够通过软件启动中断/事件线。当外部中断线上触发边沿事件时，挂起寄存器（EXTI_PR）的对应位被置1，可通过读EXTI_PR寄存器获取当前中断/事件状态。或门电路的输出与中断屏蔽寄存器（EXTI_IMR）的输出相与，在使能对应线中断位且边沿触发有效信号时，输出有效信号到内核的NVIC中，NVIC进行中断处理。或门电路的输出与事件屏蔽寄存器（EXTI_EMR）的输出结果相与，当使能对应事件线位且边沿触发有效信号时，输出有效信号1，即脉冲信号，该脉冲信号可用于其他外设，例如触发TIM。

图2 EXTI模块框图

EXTI的配置

配置中断

配置并使能中断线，根据图1判断指定I/O端口对应的外部中断线与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寄存器中外部中断线的对应位赋值，若使用PA管脚则对应位赋值为0000，PB管脚对应位赋值为0001，PC管脚对应位赋值为0010，PD管脚对应位赋值为0011。

配置边缘检测触发器的触发类型，若使用上升沿触发，则对上升沿触发选择寄存器（EXTI_RTSR）的外部中断线对应位置1；若使用下降沿触发，则对下降沿触发选择寄存器（EXTI_FTSR）的外部中断线对应位置1；若使用任意边沿触发，则EXTI_RTSR寄存器与EXTI_FTSR寄存器的外部中断线对应位均置1。

中断屏蔽寄存器（EXTI_IMR）的外部中断线对应位置1，允许中断请求。当指定的外部中断线检测到配置的触发条件时，产生一个中断请求，挂起寄存器（EXTI_PR）的对应位置1。通过软件对挂起寄存器中对应位写入1，使中断被清除。

配置软件中断事件寄存器（EXTI_SWIER）的外部中断线对应位为1并置1 EXTI_IMR寄存器的外部中断线对应位，也能产生中断。

配置事件

配置并使能事件线，对SYSCFG_EXTICRx寄存器中外部事件线的对应位赋值；配置边缘检测触发寄存器为需要的触发类型，对EXTI_RTSR寄存器与EXTI_FTSR寄存器赋值；事件屏蔽寄存器（EXTI_EMR）的对应位置1，允许事件请求。当检测到配置的触发条件时，产生一个事件请求，挂起寄存器对应位置 1；通过对挂起寄存器对应位写1清除事件。

配置软件中断事件寄存器（EXTI_SWIER）的外部中断/事件线对应位为1并置1 EXTI_EMR寄存器的对应位，也能产生事件。

实验

本实验在灵动官方开发板MB-023上进行，通过配置EXTI下降沿触发中断，按下按键后产生边沿触发，进行中断处理，LED电平转换。配置按键所使用的I/O端口的对应外部中断线，对SYSCFG_EXTICRx寄存器的EXTIx位赋值，对EXTI_RTSR寄存器和EXTI_FTSR寄存器赋值配置触发类型，使用EXTI_IMR寄存器使能中断，EXTI_PR寄存器对应位置1清除中断。具体实验内容为配置按键K2的对应引脚PB2与LED2对应的PB3引脚（如图3所示），配置PB2对应的外部中断线为下降沿触发，若按下K2，按键对应的端口输入低电平，下降沿触发，产生中断。实验现象为按下按键K2，LED2电平反转一次。

图3 MCU原理图中的EXTI引脚

初始化外设时钟

SYSCFG在APB2线上，GPIO在AHB线上，实验使用SYSCFG配置外部中断，按键K2与LED2的引脚均为GPIOB组的引脚。因此对RCC_APB2ENR寄存器的SYSCFGEN位置1，对RCC_AHBENR寄存器的GPIOB对应位置1，从而初始化外设时钟。

 

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

 

初始化按键

实验使用引脚为PB2的K2按键，按键原理图如图4所示，若K2按键按下则与GND导通，因此在初始化按键时需配置该端口的工作模式为上拉输入。

图4 原理图中的按键

GPIOx_CRL寄存器为端口配置低寄存器，用于配置指定端口的速度与工作模式；GPIOx_BSRR寄存器用于设置/清除对应端口，该寄存器低16位的对应端口位置1会产生高电平。由图5所示，K2所使用的端口PB2为GPIOx_CRL寄存器内第8 ~ 11位。

图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

实验使用PB3引脚，使用GPIOx_CRL寄存器对LED进行初始化配置，如图5所示，端口3为GPIOx_CRL寄存器内第12 ~ 15位。

 

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

 

配置中断线

由图1可知，PB2使用的外部中断线为EXTI2，配置SYSCFG_EXTICR1寄存器的EXTI2对应位为0001，如图6所示，EXTI2处于SYSCFG_EXTICR1寄存器的8~ 11位。

图6 GPIOx_EXTICR1

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

 

配置触发类型

在按键初始化中配置按键未按下时处于高电平，因此，对上升沿触发选择寄存器（EXTI_RTSR）与下降沿触发选择寄存器（EXTI_FTSR）赋值时配置触发类型为下降沿触发。

 

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

 

使能中断

配置EXTI_IMR寄存器的EXTI2对应位，使能中断。

 

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

 

配置NVIC

EXTI控制中断，NVIC处理中断，使用Cortex-M0 core_cm0.h头文件中的NVIC_EnableIRQ使能中断线，EXTI2对应中断为EXTI2_3_IRQn。

 

// Setup NVIC.
NVIC_EnableIRQ (EXTI2_3_IRQn);

 

编写中断服务程序

中断使能中使用EXTI2_3_IRQn，中断处理函数要与其匹配，因此使用EXTI2_3_IRQHandler，设置变量app_exti_event_on作为中断状态标志，该变量初始时为false，中断请求产生时中断状态标志转换为true，将EXRI_PR寄存器的对应位写入1来清除中断。

 

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()函数

主程序中初始化变量app_exti_event_times为0，设置该变量从0开始计数，当中断状态标志app_exti_event_on为true，即产生中断请求时，计数值加1，由于LED2初始化后显示为亮，计算计数值取余2，若余数不等于0则LED2灭，若余数为0则LED2亮。实验效果如图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.
        }
    }
}

 

图7 实验现象

        审核编辑：彭菁