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STM32——红灯持续闪烁，绿灯用外部中断翻转状态

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前面几篇博客都用的轮询方式处理按键，这次学习一个新的机制——外部中断（EXTI）。当按键按下时，CPU 停下当前工作，先去处理按键事件，处理完再回来继续原来的工作。作为入门 demo，实现一个经典功能：红灯持续闪烁时，按下 KEY1 按键触发外部中断，翻转绿灯的状态。

背景：为什么需要中断？

在前一篇按键输入博客中，KEY2 的”按一下翻转”功能用了轮询方式：

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// 轮询：CPU 主动、反复地问"按键被按了吗？"
while (1)
{
    if (按键被按下) { 处理; }
    // 还要做其他事...
}

轮询的缺点很明显——如果 CPU 正在执行某个耗时操作，按键按下后要等到下一个循环才能被检测到，响应不及时。

中断的思路完全不同：

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轮询：   CPU → "按了吗？" → "没按" → "按了吗？" → "没按" → "按了吗？" → "按了！" → 处理
中断：   CPU → 干正事 → 干正事 → 干正事 → （按键按下，打断！）→ 处理按键 → 继续干正事

打个比方：

  • 轮询 = 你在写作业，每 5 秒抬头看一眼有没有人敲门
  • 中断 = 你在写作业，门铃响了（中断信号），你去开门，回来继续写

硬件原理

硬件与之前博客完全一样——KEY1（PB12，外部上拉）控制中断触发，红灯（PB0） 和 绿灯（PA7） 作为输出，高电平点亮。

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CubeMX 配置

新建项目

芯片选择 STM32F103C8T6，步骤与之前一样，不重复。

配置引脚

引脚 功能 User Label 详细参数
PB0 GPIO_Output LED_RED 推挽输出、无上下拉、低速
PA7 GPIO_Output LED_GREEN 推挽输出、无上下拉、低速
PB12 GPIO_EXTI12 KEY1 下降沿触发中断、无上下拉（外部已有上拉）

关键步骤：配置 PB12 的中断模式

在芯片图上找到 PB12 → 点击 → 选择 GPIO_EXTI12，顺便把user label设置成key1

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然后到左侧 GPIO 设置中，把 PB12 的具体参数配好：

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注意这里选择的是 External Interrupt Mode with Falling edge trigger detection（外部中断模式，下降沿触发）——按键按下时电平从高变低，正好产生下降沿，与前面的硬件原理匹配.

配置 NVIC（中断控制器）

GPIO 配好后，还需要告诉 NVIC（嵌套向量中断控制器）”我要使用这个中断”。

切换到 System Core → NVIC，找到 EXTI line[15:10] interrupts，在旁边那个小方框里打上勾：

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这里有两个参数需要关注：

参数 值 说明
Preemption Priority 15 抢占优先级（数字越小优先级越高）
Sub Priority 0 子优先级

关于优先级的具体原理，后面会单独说明。

配调试接口 & 生成代码

老规矩：System Core → SYS → Debug → Serial Wire，防止烧录一次后 SWD 被锁。

Project Manager 设置：

设置项 值
Project Name Interrupt
Toolchain / IDE CMake

点击 Generate Code，用 VS Code 打开。

代码实现

引脚宏定义（main.h）

CubeMX 根据 User Label 生成了以下宏：

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// 绿色 LED — PA7
#define LED_GREEN_Pin GPIO_PIN_7
#define LED_GREEN_GPIO_Port GPIOA

// 红色 LED — PB0
#define LED_RED_Pin GPIO_PIN_0
#define LED_RED_GPIO_Port GPIOB

// 按键 KEY1 — PB12
#define KEY1_Pin GPIO_PIN_12
#define KEY1_GPIO_Port GPIOB
#define KEY1_EXTI_IRQn EXTI15_10_IRQn   // 中断号：EXTI 线 15~10

main.c —— 红灯持续闪烁

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int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();     // 这里会初始化 GPIO 和 NVIC 中断

    /* USER CODE BEGIN 2 */

    /* USER CODE END 2 */

    while (1)
    {
        /* USER CODE BEGIN WHILE */
        // 红灯亮
        HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(2000);   // 保持 2 秒

        // 红灯灭
        HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(2000);   // 熄灭 2 秒
        /* USER CODE END WHILE */
        /* USER CODE BEGIN 3 */
    }
}

逻辑很简单：PB0 每 2 秒翻转一次电平，红灯持续闪烁。

主循环里无需任何与按键相关的代码——按键检测完全由中断处理。

stm32f1xx_it.c —— 外部中断服务函数

当 KEY1 按下时，EXTI15_10 中断被触发，CPU 跳转到 EXTI15_10_IRQHandler 执行：

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/**
  * @brief This function handles EXTI line[15:10] interrupts.
  */
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    /* USER CODE BEGIN EXTI15_10_IRQn 0 */

    HAL_Delay(10);  // ① 消抖：等待电平稳定

    // ② 确认按键确实被按下（低电平）
    if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // ③ 翻转绿灯状态
        HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin);
    }

    /* USER CODE END EXTI15_10_IRQn 0 */

    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY1_Pin);  // ④ 清除中断标志位

    /* USER CODE BEGIN EXTI15_10_IRQn 1 */

    /* USER CODE END EXTI15_10_IRQn 1 */
}

逐行解释：

行号 代码 作用
① HAL_Delay(10) 机械按键按下瞬间会有抖动，电平在几毫秒内反复跳变。等 10ms 让电平稳定下来再读
② HAL_GPIO_ReadPin(...) 再次读取 KEY1 的电平，确认是真的按下了（低电平）。如果只是噪声干扰，不会误触发
③ HAL_GPIO_TogglePin(...) 翻转绿灯 PA7 的电平——原来亮就灭，原来灭就亮
④ HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY1_Pin) 非常重要 清除 EXTI 的中断挂起标志位。如果不清除，中断会反复触发，程序卡死。函数里本身自带，不能删除。

⚠️ HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler 的两种写法

上面这个函数内部其实干了三件事：

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void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != RESET)  // ① 检查中断标志
    {
        __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);           // ② 清除中断标志
        HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);             // ③ 调用回调函数
    }
}

也就是说，你也可以不在 ISR 里直接写逻辑，而是把逻辑写在 HAL_GPIO_EXTI_Callback 里，CubeMX 会在 main.c 中留出 USER CODE BEGIN 4 给你写回调：

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/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == KEY1_Pin)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin);
    }
}
/* USER CODE END 4 */

MX_GPIO_Init —— GPIO 与 NVIC 初始化

MX_GPIO_Init 函数中，CubeMX 不仅配了 GPIO，还配了 NVIC：

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static void MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* GPIO Ports Clock Enable */
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

    /* 初始化输出电平 */
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_RESET);

    /* 配置 LED_GREEN (PA7) —— 推挽输出 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED_GREEN_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED_GREEN_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /* 配置 LED_RED (PB0) —— 推挽输出 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED_RED_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED_RED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /* 配置 KEY1 (PB12) —— 下降沿触发外部中断 */
    GPIO_InitStruct.Pin = KEY1_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;  // ← 下降沿触发中断
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;            // ← 外部已有上拉，内部不配
    HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /* EXTI 中断初始化——使能 NVIC */
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 15, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);            // ← 使能 NVIC 中断！
}

关键点：

  1. GPIO_MODE_IT_FALLING —— 配置 PB12 为外部中断模式，下降沿触发
  2. GPIO_NOPULL —— 因为板子已经有外部上拉电阻，不需要内部上拉
  3. HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn) —— 使能 NVIC 中的 EXTI15_10 中断通道。这步非常重要，漏了中断不会触发

关于中断优先级

CubeMX 中配置的优先级和实际生效的值之间有一个”编码”过程，理解了这个才能搞清中断嵌套行为。

优先级分组

STM32 的 NVIC 支持优先级分组，决定了抢占优先级和子优先级各占几位：

分组宏 抢占优先级 子优先级 适用场景
NVIC_PRIORITYGROUP_0 0 bit 4 bits 所有中断同级，不能嵌套
NVIC_PRIORITYGROUP_1 1 bit 3 bits 最多 2 级嵌套
NVIC_PRIORITYGROUP_2 2 bits 2 bits 最多 4 级嵌套
NVIC_PRIORITYGROUP_3 3 bits 1 bit 最多 8 级嵌套
NVIC_PRIORITYGROUP_4 4 bits 0 bits 最多 16 级嵌套（最常用）

CubeMX 默认使用 NVIC_PRIORITYGROUP_4——4 位全是抢占优先级，没有子优先级。

本次配置的优先级

中断 PreemptPriority 编码值 实际优先级
SysTick 14 0x00 0（最高）
EXTI15_10 15 0x80 8

数值越小优先级越高。SysTick 的优先级高于 EXTI，所以在 EXTI 中断服务函数中调用 HAL_Delay() 是安全的——SysTick 可以抢占 EXTI 来更新 uwTick 变量，不会死锁。

编译 & 烧录

  1. VS Code 底部工具栏点击齿轮图标 → 生成
  2. 连接 ST-Link
  3. 点击 运行和调试 → 选择 STM32Cube:STM32 Launch STLink GDB Server
  4. 点击继续按钮，程序开始运行

如果遇到烧录问题，参考上一篇或波特律动 FAQ。

效果展示

烧录成功后：

  • 🔴 红灯持续闪烁——每 2 秒亮灭一次
  • 按下 KEY1（PB12） → 🟢 绿灯翻转状态（亮↔灭）
  • 每次按键，绿灯变化一次，红灯不受影响，继续闪烁
  • 如果绿灯和红灯一起亮起，则颜色变化成黄色。

效果展示视频：https://www.bilibili.com/video/BV11e3e6TEGF/

中断 vs 轮询的对比

这个 demo 正好可以和上一篇按键博客做一个对比：

对比项 轮询（上一篇 KEY2） 中断（本篇）
CPU 占用 高（一直在检测） 低（平时干正事，有事件才处理）
响应速度 取决于循环周期 立即响应
代码位置 main 循环里 中断服务函数中
主循环复杂度 按键逻辑和主逻辑混在一起 主循环只关心本职工作
适用场景 低频检测、简单系统 实时性要求高的场景

当然，中断也有代价——每次进入和退出中断都有上下文切换开销（保存现场、恢复现场），并且中断函数要尽量简短，否则会影响其他实时任务的响应。

进阶思路

1. 用回调函数分离逻辑

前面提到过，可以把中断处理逻辑写到 HAL_GPIO_EXTI_Callback 里，中断服务函数保持整洁。当项目中多个引脚共用一个 EXTI 中断线时（比如 EXTI15_10 同时服务 PB12 和 PB13），回调函数里用 GPIO_Pin 区分来源，代码结构更清晰。

2. 中断中只设标志位，主循环处理

标准的嵌入式写法——中断里只设一个 volatile 标志位：

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volatile uint8_t key1_flag = 0;

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(KEY1_Pin) != RESET)
    {
        __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(KEY1_Pin);
        key1_flag = 1;  // 只设标志，不做复杂操作
    }
}

主循环检测到标志位置位后，再执行消抖、翻转等操作。这样 ISR 的执行时间最短，对系统实时性的影响最小。

3. 上升沿 + 下降沿双触发

按键按下和松开都产生中断，可以用来检测”长按”和”短按”，或者做更精细的状态控制。

4. 优先级嵌套测试

可以给不同的外设中断配置不同的抢占优先级，观察高优先级中断打断低优先级中断的行为，加深对中断嵌套的理解。

总结

这次的收获：

  1. 外部中断（EXTI）的基本配置方法——CubeMX 里配引脚模式 + NVIC 设置
  2. 中断服务函数的写法——消抖 → 读引脚确认 → 执行逻辑 → 清标志位
  3. 中断优先级——优先级分组、优先级编码、抢占与嵌套的基本概念
  4. CMake 生成器的注意事项——NVIC 配置可能不会自动生成，需要手动检查

中断是嵌入式开发中非常重要的概念，后面学定时器、UART、I2C、SPI 等外设时都会用到中断机制。理解了这个 demo，后面的路会顺畅很多。

参考资源