第六章中断：概念、优先级与串口中断实验

周日 2026年10月25日1364 字 · 约 3 分钟学习笔记 #STM32 #嵌入式 #学习笔记 #单片机

6.1 [中断]中断的概念

中断的基本概念

中断编程举例

闪灯程序

6.2 [中断]中断优先级

中断优先级的概念

用数字表示中断的紧急程度

中断优先级的表示方法

抢占优先级与中断嵌套

中断嵌套：更高优先级的中断打断正在执行的中断

子占优先级与中断排队

中段排队：优先级相仿时，等待前一个中断执行完，再处理新中断

练习题

6.3 [中断]串口中断编程实验

编写闪灯代码

实验代码

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"

uint32_t blinkInterval = 1000; // 闪灯间隔

void App_OnBoardLED_Init(void);

int main(void)
{
    App_OnBoardLED_Init();
    
    while(1)
    {
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET); // 亮
        Delay(blinkInterval); // 延迟
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET); // 灭
        Delay(blinkInterval); // 延迟
    }
}

void App_OnBoardLED_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
}

初始化串口

测试代码

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"

uint32_t blinkInterval = 1000; // 闪灯间隔

void App_OnBoardLED_Init(void);
void App_USART1_Init(void);

int main(void)
{
    App_OnBoardLED_Init();
    App_USART1_Init();

    My_USART_SendString(USART1, "Hello World. \r\n");
    
    while(1)
    {
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET); // 亮
        Delay(blinkInterval); // 延迟
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET); // 灭
        Delay(blinkInterval); // 延迟
    }
}

void App_USART1_Init(void)
{
    // #1. 初始化IO引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    
    // PA9 AF_PP
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // #2. 初始化USART1
    // 开启USART1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    
    // 初始化USART1
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
    
    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    
    USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);

    // 闭合总开关
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void App_OnBoardLED_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
}

让 RxNE 标志位触发中断

USART_ITConfig

void USART_ITConfig(USART_TypeDef *USARTx,  // 串口名称，如USART1、USART2...
                    uint16_t USART_IT,      // 中断标志位名称
                    // 可选标志位：
                    // - USART_IT_TXE：发送寄存器为空
                    // - USART_IT_TC：发送完成
                    // - USART_IT_RXNE：接收寄存器非空
                    // - USART_IT_PE：奇偶校验错误
                    // - USART_IT_ERR：错误（帧错误/噪声错误/溢出错误）
                    FunctionalState NewState); // 中断开关：ENABLE(使能) / DISABLE(禁用)

USART 硬件结构核心模块

时钟模块：总开关 → 分频器 → ÷16 分频 → 波特率寄存器（BRR），用于生成目标波特率
发送模块：发送数据寄存器 → Tx 引脚，由控制电路管理发送时序
接收模块：Rx 引脚 → 接收数据寄存器，由控制电路管理接收时序
中断控制：多个中断标志位（TxE/TC/RxNE/PE/FE/NE/ORE）经逻辑门后触发中断，可通过 USART_ITConfig 单独使能 / 禁用
数据帧格式：可配置数据位（8/9 位）、停止位（0.5/1/1.5/2 位）、校验方式（奇 / 偶 / 无校验）

配置 NVIC 模块

NVIC（嵌套向量中断控制器）模块是 Cortex-M3 的一部分。

1. 中断使能 / 失能（Interrupt Enable/Disable）

这是最基础的 “开关” 功能，用于控制某个中断是否具备被 CPU 响应的权限。即使外设（如 USART1）已配置好中断标志（如 RXNE），若 NVIC 未使能该中断，CPU 也不会处理这个中断请求。

核心函数：NVIC_EnableIRQ()（开启中断）、NVIC_DisableIRQ()（关闭中断）
实战示例（串口 1 中断）：NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

2. 中断优先级配置（Priority Configuration）

用于给不同中断分配优先级，解决多个中断同时触发时的响应顺序问题。STM32 的 NVIC 将优先级拆分为两类：

抢占优先级：高优先级中断可 “打断” 低优先级中断的执行（中断嵌套）；
子优先级：同抢占优先级的中断，按子优先级高低排队响应（无嵌套）。
核心函数：NVIC_Init()（通过结构体配置优先级）
实战示例：给 USART1 中断配置抢占优先级 1、子优先级 0。

3. 中断嵌套管理（Interrupt Nesting）

基于优先级配置实现高优先级中断嵌套低优先级中断的能力。比如：串口 1 接收中断（高优先级）可打断正在执行的定时器闪灯中断（低优先级），待串口中断处理完成后，CPU 会回到定时器中断继续执行。这是 NVIC “嵌套” 特性的核心体现，保证紧急中断优先处理。

4. 中断挂起 / 解挂（Interrupt Pending/Unpending）

用于暂时搁置或恢复中断请求（即使中断已触发，也可控制是否立即响应）。挂起会让中断请求进入 “待处理队列”，解挂则触发 CPU 响应；也可主动清除挂起标志避免重复响应。

核心函数：NVIC_SetPendingIRQ()（挂起中断）、NVIC_ClearPendingIRQ()（清除挂起）
实战示例：NVIC_ClearPendingIRQ(USART1_IRQn);（清除串口 1 中断挂起标志，防止重复响应）

NVIC_PriorityGroupConfig

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

作用：配置 STM32 中断优先级分组，决定抢占优先级和子优先级的位数分配（共 4 位优先级位）。

分组	抢占优先级位数	子优先级位数	对应宏定义
分组 0	0 位	4 位	`NVIC_PriorityGroup_0`
分组 1	1 位（bit3）	3 位（bit2~bit0）	`NVIC_PriorityGroup_1`
分组 2	2 位（bit3~bit2）	2 位（bit1~bit0）	`NVIC_PriorityGroup_2`
分组 3	3 位（bit3~bit1）	1 位（bit0）	`NVIC_PriorityGroup_3`
分组 4	4 位（bit3~bit0）	0 位	`NVIC_PriorityGroup_4`

NVIC_Init

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef *NVIC_InitStruct); // 初始化NVIC

作用：根据传入的结构体参数，配置指定中断的通道、优先级（抢占 + 子优先级）和使能状态。

struct NVIC_InitTypeDef {
    // 中断的名称，对应stm32f10x.h中定义的IRQn类型（如USART1_IRQn）
    uint8_t NVIC_IRQChannel;
    
    // 抢占优先级：决定中断能否嵌套（高优先级可打断低优先级）
    uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;
    
    // 子优先级：同抢占优先级下，决定响应顺序（无嵌套能力）
    uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;
    
    // 中断通道开关状态：ENABLE（使能）/ DISABLE（禁用）
    FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;
};

编写中断响应函数

完整实验代码

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"

uint32_t blinkInterval = 1000; // 闪灯间隔

void App_OnBoardLED_Init(void);
void App_USART1_Init(void);

int main(void)
{
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
    App_OnBoardLED_Init();
    App_USART1_Init();

    while(1)
    {
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET); // 亮
        Delay(blinkInterval); // 延迟
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET); // 灭
        Delay(blinkInterval); // 延迟
    }
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == SET)
    {
        uint8_t dataRcvd = USART_ReceiveData(USART1);
        
        if(dataRcvd == '0')
        {
            blinkInterval = 1000;
        }
        else if(dataRcvd == '1')
        {
            blinkInterval = 200;
        }
        else if(dataRcvd == '2')
        {
            blinkInterval = 50;
        }
    }
}

void App_USART1_Init(void)
{
    // #1. 初始化IO引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    
    // PA9 AF_PP
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // #2. 初始化USART1
    // 开启USART1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    
    // 初始化USART1
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
    
    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    
    USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);

    // 闭合总开关
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

    // #3. 配置中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    // #4. 配置NVIC
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}

void App_OnBoardLED_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
}

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