STM32F103（HAL 库）外部中断完整示例

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一、硬件设计说明

本示例基于“按键触发外部中断”机制，实现 NVIC 优先级管理，并采用顶半部（快速响应）与底半部（延迟处理）相结合的中断处理架构。系统具备详细注释，结构清晰，便于移植至不同项目中。

按键配置：连接至 PA0 引脚，采用低电平触发方式，按键按下时 PA0 接地；
LED 指示灯：连接至 PB0，工作在推挽输出模式，用于直观显示中断事件的发生；
功能逻辑：按键动作引发外部中断，顶半部负责快速标记事件并完成消抖，底半部则通过定时器或回调机制执行 LED 翻转及串口打印等耗时操作。

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include <stdio.h>

/* 全局变量：中断事件标记（用于顶/底半部分离） */
volatile uint8_t key_interrupt_flag = 0;  // 中断触发标志（volatile防止编译器优化）

/* 函数声明 */
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
void KEY_EXTI_Callback(void);  // 底半部处理函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);  // 中断回调函数（顶半部）

/* 重定向printf到串口1（方便打印调试） */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
  return ch;
}

int main(void)
{
  /* 初始化HAL库 */
  HAL_Init();
  
  /* 配置系统时钟（72MHz） */
  SystemClock_Config();
  
  /* 初始化GPIO（按键/LED）、串口1 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  printf("STM32外部中断示例（顶+底半部）\r\n");
  printf("按键（PA0）按下触发中断...\r\n");

  /* 主循环：处理底半部耗时操作 */
  while (1)
  {
    /* 检测中断标志，处理底半部（耗时操作） */
    if(key_interrupt_flag)
    {
      /* 1. 翻转LED（模拟耗时操作1） */
      HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0);
      
      /* 2. 串口打印（模拟耗时操作2） */
      printf("中断触发！LED状态：%s\r\n", 
             HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0) ? "亮" : "灭");
      
      /* 3. 清除标志位，避免重复处理 */
      key_interrupt_flag = 0;
      
      /* 延时（仅演示，实际产品中底半部尽量减少延时） */
      HAL_Delay(500);
    }
    
    /* 主循环其他任务（示例：空操作） */
    __NOP();
  }
}

二、核心代码实现

1. 主文件头包含与全局变量定义（main.c）

包含必要的头文件，并声明用于中断同步的全局标志位，确保主循环与中断服务程序之间的通信可靠。

2. GPIO 初始化（含外部中断与 NVIC 配置）

初始化 PA0 为输入模式并启用上拉电阻，配置其为外部中断源；同时设置 EXTI 线路映射至 GPIOA 的第 0 通道。NVIC 中断控制器进行优先级分组设定，并使能相应中断线。

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

  /* 使能时钟：GPIOA/GPIOB + SYSCFG（外部中断需要） */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();

  /* ------------------- 按键PA0：外部中断配置 ------------------- */
  /* 1. 配置PA0为上拉输入（按键未按下时为高电平） */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;  // 下降沿触发（按键按下：高→低）
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;           // 上拉
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /* 2. 配置NVIC中断优先级（关键！避免优先级倒置） */
  /* 抢占优先级：1（数值越小优先级越高），响应优先级：0 */
  HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 1, 0);  
  HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);            // 使能EXTI0中断

  /* ------------------- LED PB0：输出配置 ------------------- */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

  /* 默认关闭LED */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
}

3. 中断服务函数（ISR）与回调处理（顶半部 + 底半部）

在 EXTI0_IRQHandler 中实现顶半部逻辑：清除中断标志、执行软件消抖、设置事件触发标志。底半部处理则在主循环中检测该标志后调用对应函数，完成 LED 控制和串口输出。

/* ------------------- 1. 中断服务函数（ISR，顶半部） ------------------- */
/* EXTI0中断服务函数（PA0对应EXTI0）：必须放在stm32f1xx_it.c或main.c */
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
  /* HAL库中断处理：清除中断标志位（核心！避免重复触发） */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}

/* ------------------- 2. HAL库中断回调函数（顶半部核心逻辑） ------------------- */
/* 重写HAL_GPIO_EXTI_Callback：快速处理（禁止耗时操作） */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)  // 判断是否为PA0触发
  {
    /* 顶半部：仅做2件事 → 1. 消抖 2. 标记事件 */
    /* 1. 简单消抖（硬件消抖优先，软件消抖仅辅助） */
    HAL_Delay(10);  // 10ms消抖（注意：ISR中尽量短延时，优先硬件RC消抖）
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      /* 2. 设置中断标志位，交给主循环处理（底半部） */
      key_interrupt_flag = 1;
    }
    
    /* 顶半部禁止：延时>10ms、串口打印、复杂运算！ */
  }
}

4. 串口调试接口初始化（可选）

配置 USART1（或其他串口），用于输出调试信息，辅助验证中断响应与处理流程。波特率通常设为 115200，数据格式为 8N1。

UART_HandleTypeDef huart1;
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* 串口底层初始化（GPIO映射） */
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(uartHandle->Instance==USART1)
  {
    __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    /* PA9=TX，PA10=RX */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  }
}

5. 系统时钟初始化（必需）

启用 HSE 外部晶振，配置 PLL 锁相环以达到系统所需主频（如 72MHz）。同时开启相关外设时钟（GPIOA、GPIOB、AFIO、USART 等），保障各模块正常运行。

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /* 配置HSE（8MHz晶振）→ PLL倍频到72MHz */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /* 配置系统时钟、AHB、APB分频 */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* 错误处理函数（可选） */
void Error_Handler(void)
{
  __disable_irq();
  while (1)
  {
    /* 闪烁LED提示错误 */
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0);
    HAL_Delay(200);
  }
}

三、中断处理架构解析：顶半部与底半部协同机制

处理部分	主要逻辑	关键注意事项
顶半部（ISR）	1. 清除 EXTI 中断挂起标志 2. 执行短暂延时进行软件消抖（建议 ≤10ms） 3. 设置全局事件标志位，通知底半部任务	1. 严禁执行耗时操作（如 HAL_Delay 超过 10ms 或串口发送阻塞） 2. 必须正确清除中断标志，防止重复进入中断
底半部（主循环）	1. 检测全局标志位是否被置位 2. 若检测到事件，则翻转 PB0 上的 LED 状态 3. 通过串口发送提示信息，并加入适当延时模拟负载	1. 依赖 volatile 全局变量传递状态 2. 可安全执行长时间操作，不影响中断实时性

四、关键技术要点说明

NVIC 中断优先级配置策略

• 抢占优先级（Preemption Priority）：数值越小，级别越高，能够打断正在执行的低抢占优先级中断；
• 响应优先级（Sub Priority）：仅当抢占优先级相同时起作用，决定多个同级中断的执行顺序；
• 示例中配置如下：

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 1, 0)

实际应用中需根据系统整体中断布局调整优先级，避免与定时器、DMA、串口中断发生冲突。

按键消抖处理方案

• 硬件消抖：推荐在按键两端并联 RC 滤波电路（典型值：10kΩ 电阻 + 100nF 电容），有效抑制机械抖动；
• 软件消抖：在 ISR 中加入短延时（如 5~10ms），再判断电平是否稳定。注意延时不宜过长，以免影响其他中断响应。

volatile 关键字的必要性

所有被中断修改、主循环读取的共享变量（如事件标志位）必须声明为 volatile，例如：

key_interrupt_flag

否则编译器可能因优化而缓存变量值，导致主循环无法察觉其变化，从而引发逻辑错误。

volatile

中断标志清除机制

使用 HAL 库开发时，调用 __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT() 后，库函数会自动清除 EXTI 的中断挂起位，无需手动操作。

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0)

若采用标准外设库，则需手动写入 EXTI_PR 寄存器对应位来清除挂起状态：

EXTI->PR

五、跨平台适配与扩展建议

• 适用于 STM32F4/F7/H7 系列芯片：只需更新系统时钟配置函数，并调整 GPIO 和 AFIO 时钟使能语句即可兼容，例如：

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()

• 更换按键引脚（如改为 PB12）：需同步修改 GPIO 初始化中的端口号与引脚号，并重新配置 AFIO 的 EXTI 映射关系：

GPIO_PIN_12

同时确认对应的 EXTI 中断向量名称（如从 EXTI0 改为 EXTI15_10）：

EXTI15_10_IRQn

• 支持上升沿触发场景：若硬件设计为高电平有效（如按键释放触发），应将中断触发边沿由下降沿改为上升沿：

原配置：

GPIO_MODE_IT_FALLING

修改为：

GPIO_MODE_IT_RISING

同时调整按键电平逻辑判断条件，确保行为一致。

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关键词：STM oversampling Volatile instance Sampling