1)实验平台：ALIENTEK NANO STM32F411 V1开发板

2)摘自《正点原子STM32F4 开发指南(HAL 库版》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子

第十章 外部中断实验

这一章，我们将向大家介绍如何使用 STM32F4 的外部输入中断。在前面几章的学习中，

我们掌握了 STM32F4 的 IO 口最基本的操作。本章我们将介绍如何将 STM32F4 的 IO 口作为外

部中断输入，在本章中，我们将以中断的方式，实现我们在第八章所实现的功能。本章分为如

下几个部分：

10.1 STM32F4 外部中断简介

10.2 硬件设计

10.3 软件设计

10.4 下载验证

10.1 STM32F4 外部中断简介

STM32F4 的 IO 口在第六章有详细介绍，而中断管理分组管理在前面也有详细的阐述。这

里我们将介绍 STM32F4 外部 IO 口的中断功能，通过中断的功能，达到第八章实验的效果，即：

通过板载的 4 个按键，控制板载的两个 LED 的亮灭以及蜂鸣器的发声。

这里我们首先 STM32F4 IO 口中断的一些基础概念。STM32F4 的每个 IO 都可以作为外部

中断的中断输入口，这点也是 STM32F4 的强大之处。STM32F4 的中断控制器支持 23 个外部中

断/事件请求。每个中断设有状态位，每个中断/事件都有独立的触发和屏蔽设置。STM32F4 的

23 个外部中断为：

线 0~15：对应外部 IO 口的输入中断。

线 16：连接到 PVD 输出。

线 17：连接到 RTC 闹钟事件。

线 18：连接到 USB OTG FS 唤醒事件。

线 21：连接到 RTC 入侵和时间戳事件。

线 22：连接到 RTC 唤醒事件。

从上面可以看出，STM32 供 IO 口使用的中断线只有 16 个，但是 STM32 的 IO 口却远远不

止 16 个，那么 STM32 是怎么把 16 个中断线和 IO 口一一对应起来的呢？于是 STM32 就这样

设计，GPIO 的管教 GPIOx.0~GPIOx.15(x=A,B,C,D,E，F,G)分别对应中断线 0~15。这样每个中

断线对应了最多 7 个 IO 口，以线 0 为例：它对应了 GPIOA.0、GPIOB.0、GPIOC.0、GPIOD.0、

GPIOE.0、GPIOF.0、GPIOG.0。而中断线每次只能连接到 1 个 IO 口上，这样就需要通过配置

来决定对应的中断线配置到哪个 GPIO 上了。下面我们看看 GPIO 跟中断线的映射关系图：

GPIO 和中断线映射关系是在寄存器 SYSCFG_EXTICR1~ SYSCFG_EXTICR4 中配置的。

所以我们要配置外部中断，还需要打开 SYSCFG 时钟。

接下来我们来看看使用 HAL 库配置外部的一般步骤。HAL 中外部相关配置函数和定义在

文件 stm32f4xx_hal_exti.h 和 stm32f4xx_hal_exti.c 文件中。

1)使能 IO 口时钟。

首先，我们要使用 IO 口作为中断输入，所以我们要使能响应的 IO 口时钟，具体的操作方

法跟我们按键实验是一致的，这里就不做过多讲解。

2)设置 IO 模式，触发条件，开启 SYSCFG 时钟，设置 IO 口与中断线的映射关系。

该步骤如果我们使用标准库那么需要多个函数分部实现。而当我们使用 HAL 库的时候，

则都是在函数 HAL_GPIO_Init 中一次性完成的。例如我们要设置 PA0 链接中断线 0.，并且为上

升沿触发，代码为：

GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0;

//PA0

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING;

//上升沿触发

GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN;

//默认下拉

HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

当我们调用 HAL_GPIO_Init 设置 IO 的 Mode 值为 GPIO_MODE_IT_RSING(外部中断上

升 沿 触 发 ) ， GPIO_MODE_IT_FALLING ( 外 部 中 断 下 降 沿 触 发 ) 或 者

GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING(外部中断双边沿触发)的时候，该函数内部会通过判断

Mode 的值来配置模式，并且设置 IO 口和中断线的映射关系。

因为我们这样初始的是 PA0，根据图 10.1.1 可知，调用该函数后中断线 0 会自动连接到 PA0。

如果某个时间，我们又同样的方式初始化了 PB0，那么 PA0 与中断线的链接将被清除，而直接

连接 PB0 到中断线 0。

3)配置中断优先级(NVIC)，并使能中断。

我们设置好中断线和 GPIO 映射关系，然后又设置好了中断的触发模式等初始化参数。既

然是外部中断，涉及到中断我们当然还要设置 NVIC 中断优先级。这个在前面已经讲解过，这

里我们就接着上面的范例，设置中断线 0 的中断优先级并使能外部中断 0 的方法为：

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,2,2);

//抢占优先级为 2，子优先级为 2

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

//使能中断线 0

上面这段代码相信大家都不陌生，我们在前面的串口实验的时候讲解过，这里不再讲解。

4)编写中断服务函数。

我们配置完中断优先级之后，接着要做的就是编写中断服务函数。中断服务函数的名字是

在 HAL 库中事先有定义的。这里需要说明一下，STM32F4 的 IO 口外部中断服务函数只有 7

个，分别为：

Void EXTI0_IRQHandler();

Void EXTI1_IRQHandler();

Void EXTI2_IRQHandler();

Void EXTI3_IRQHandler();

Void EXTI4_IRQHandler();

Void EXTI9_5_IRQHandler();

Void EXTI15_10_IRQHandler();

中断线 0-4 每个中断线对应一个中断函数，中断线 5~9 共用中断函数 EXTI9_5_IRQHandler，

中断线 10-15 共用中断函数 EXTI15_10_IRQHandler。一般情况下，我们可以把中断控制逻辑直

接编写在中断服务函数中，但是 HAL 库把中断处理过程进行了简单封装，请看下面步骤 5 讲

解。

4) 编写中断处理回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback

在使用 HAL 库的时候，我们也可以使用标准库一样，在中断服务函数中编写控制逻辑。

但 是 HAL 库 为 了 用 户 使 用 方 便 ， 它 提 供 了 一 个 中 断 通 用 入 口 参 数

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，在该函数内部直接调用回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback。

我们可以看看 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler 函数定义：

Void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)

{

If(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin)!=RESET)

{

__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);

HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);

}

}

该 函 数 实 现 的 作 用 非 常 简 单 ， 就 是 清 除 中 断 标 志 位 ， 然 后 调 用 回 调 函 数

HAL_GPIO_EXTI_Callback()实现控制逻辑。所以我们编写中断控制逻辑将跟串口实验类似，在

中断服务函数中直接调用外部中断共用处理函数 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，然后在回调函

数 HAL_GPIO_EXTI_Callback 中通过判断中断是来自哪个 IO 口编写相应的中断服务控制逻辑。

讲到这里，相信大家对 STM32 的 IO 口外部中断已经有了一定的了解。下面我们再总结一下配

置 IO 口外部中断的一般步骤：

1)使能 IO 口时钟。

2)调用函数 HAL_GPIO_Init 设置 IO 口模式，触发条件，使能 SYSCFG 时钟以及设置 IO

口与中断线的映射关系。

3)配置中断优先级(NVIC)，并使能中断。

4)在中断服务函数中调用外部中断共用入口函数 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler。

5)编写外部中断回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback。

通过以上几个步骤的设置，我们就可以正常使用外部中断了。

本章，我们要实现同第八章差不多的功能，但是这里我们使用的是中断来检测按键，还是

KEY_UP 同时控制 DS0 和 DS1，按一次，他们的状态就翻转一次；KEY2 控制蜂鸣器，按一次

叫，再按一次停；KEY1 控制 DS1，按一次亮，再按一次灭；KEY0 控制 DS0，效果同 KEY1。

10.2 硬件设计

本实验用到的硬件资源和第八章实验的一模一样，不再多做介绍了。

10.3 软件设计

我们直接打开我们的光盘的实验 5 外部中断实验工程，可以看到相比上一个工程，我们的

HARDWARE 目录下面增加了 exti.c 文件，并且包含了头文件 exti.h。exti.c 文件代码如下：

//外部中断初始化

void EXTI_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

//开启 GPIOA 时钟

__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();

//开启 GPIOC 时钟

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0;

//PA0

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING;

//上升沿触发

GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN;

HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;

//PC8、PC9

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_FALLING; //下降沿触发

GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;

HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_Initure);

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_2;

//PD2

HAL_GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_Initure);

//中断线 0-PA0

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,2,2);

//抢占优先级为 2，子优先级为 2

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

//使能中断线 0

//中断线 8、9-PC8、9

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI9_5_IRQn,2,1); //抢占优先级为 2，子优先级为 1

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI9_5_IRQn);

//中断线 2-PD2

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI2_IRQn,2,0);

//抢占优先级为 2，子优先级为 0

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);

//使能中断线 2

}

//中断服务函数

void EXTI0_IRQHandler(void)

{

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0); //调用中断处理公用函数

}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_8); //调用中断处理公用函数

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_9); //调用中断处理公用函数

}

void EXTI2_IRQHandler(void)

{

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_2); //调用中断处理公用函数

}

//中断服务程序中需要做的事情

//在 HAL 库中所有的外部中断服务函数都会调用此函数

//GPIO_Pin:中断引脚号

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)

{

delay_ms(10);

//消抖

switch(GPIO_Pin)

{

case GPIO_PIN_0:

if(WK_UP==1)

{

LED0=!LED0;

//控制 LED0,LED1 互斥点亮

LED1=!LED1;

}

break;

case GPIO_PIN_8:

if(KEY0==0)

//控制 LED0 翻转

{

LED0=!LED0;

}

break;

case GPIO_PIN_9:

if(KEY1==0)

{

LED1=!LED1;

//控制 LED1 翻转

}

break;

case GPIO_PIN_2:

if(KEY2==0)

{

BEEP=!BEEP;

//控制 BEEP

}

}

}

exit.c 文件总共包含 5 个函数。外部中断初始化函数 void EXTIX_Init 用来配置 IO 口外部中

断相关步骤并使能中断，另一个和函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback 是外部中断共用回调函数，

用来处理所有外部中断真正的控制逻辑。其他 3 个都是中断服务函数。

void EXTI0_IRQHandler(void)是外部中断 0 的服务函数，负责 WK_UP 按键的中断检测；

void EXTI2_IRQHandler(void)是外部中断 2 的服务函数，负责 KEY2 按键的中断检测；

void EXTI9_5_IRQHandler(void)是外部中断 5~9 的服务函数，负责 KEY0 和 KEY1 按键的中断检测；

下面我们分别介绍这几个函数。

首先是外部中断初始化函数 void_EXTI_Init(void)，该函数内部主要是做了两件事情。首先

是调用 IO 口初始化函数 HAL_GPIO_Init 来初始化 IO 口，该函数的配置含义请看 10.1 小节中

关于 HAL_GOIO_Init 函数讲解。其次是设置中断优先级并使能中断线。

接下来我们看看外部中断服务函数，一共 3 个。所有的中断服务函数内部都只调用了同样

一个函数 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler，该函数是外部中断共用入口函数，函数内部会进行中

断标志位清零，并且调用中断处理共同回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback。这在 10.1 小节我

们也有详细的讲解。

最后是外部中断回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback，该函数用来编写真正的外部中断控

制逻辑。该函数有一个入口参数是 IO 口序号。我们我们在该函数内部，一般通过判断 IO 口序

号来确定中断是来自哪个 IO 口，也就是哪个中断线，然后编写相应的控制逻辑。所以在该函

数内部，我们通过 switch 语句判断 IO 口来源，例如是来自 GPIO_PIN_0，那么一定是来自 PA0，

因为中断线一次只能连接一个 IO 口，而四个 IO 口中序号为 0 的 IO 口只有 PA0，所以中断线 0

一定是连接 PA0，也就是外部中断由 PA0 触发。

接下来我们看看主函数，main 函数代码如下：

int main(void)

{

HAL_Init();

//初始化 HAL 库

Stm32_Clock_Init(96,4,2,4);

//设置时钟,96Mhz

delay_init(96);

//初始化延时函数

uart_init(115200);

//初始化串口 115200

LED_Init();

//初始化 LED

KEY_Init();

//初始化按键

BEEP_Init();

//初始化 BEEP

EXTI_Init();

//初始化外部中断

LED0=0;

//点亮 LED

while(1)

{

printf("OK");

//打印 OK 提示程序运行

delay_ms(1000);

//每隔 1s 打印一次

}

}

该部分代码非常简单，先进行各项初始化之后，在 while 死循环中不停的打印字符串到串

口。当有某个外部按键按下之后，会触发中断服务函数做出相应的反应。

10.4 下载验证

在编译成功之后，我们就可以下载代码到 NANO STM32F4 开发板上，实际验证一下我们

的程序是否正确。下载代码后，在串口调试助手里面可以看到如图 10.4.1 所示信息：

从图 10.4.1 可以看出，程序已经在运行了，此时可以通过按下 KEY0、KEY1、KEY2 和

KEK_UP 来观察 DS0、DS1 以及蜂鸣器是否跟着按键的变化而变化。

10.5 STM32CubeMX 配置外部中断

本 小 节 我 们 将 会 大 家 用 STM32CubeMX 配 置 外 部 中 断 相 关 的 初 始 化 代 码 。 关 于

STM32CubeMX 的配置，本小节开始，我们对于每个实验只讲解实验相关关键配置部分，如果

大家不知道具体怎么进入相关界面，请仔细看看前面几个章节实验。

对于外部中断的配置，首先在 MCU 引脚配置图界面选择对应的 GPIO 设置其模式为外部

中断模式。这里以 PD2 为例，如下图 10.5.1 所示：

使用同样的方法依次配置 PA0 和 PC8/PC9，然后我们打开依次点击 Configuration->GPIO

进入 GPIO 详细配置 Pin Configuration，界面会列车 4 个 IO 口的配置信息。我们选中 PA0，看

看此时 IO 口配置信息详情如下图 10.5.2 所示：

从上图界面可以看出，当我们配置 IO 口作为外部中断触发引脚之后，其详细配置界面便

只有三个选项。第一个选项 GPIO mode 用来设置外部中断触发方法，上升沿触发还是下降沿触

发还是双边沿触发。第二个选项 GPIO Pull-up/Pull-down 用来设置是默认上拉还是下拉。这两个

参数根据我们前面讲解的外部中断知识就很好理解了。这里我们除了设置 PA0 为上升沿触发默

认下拉外，其他 IO 口设置为下降沿触发默认上拉。

配置号 IO 口信息之后，接下来就需要配置 NVIC 中断优先级设置。依次点击 System

Core->NVIC，进入 NVIC 配置界面。在界面可以看到有三个外部中断线可配置，这是因为我们

前面开启了四个 IO 外部中断(对应 3 个外部中断线)。我们按照实验讲解，依次配置三个中

断线的 NVIV 即可，配置完成后如下图 10.5.3 所示：

最后生成工程，为了篇幅考虑，这里我们就不再列车生成的关键代码。在 main.c 中生成的

函 数 MX_GPIO_Init 和 我 们 实 验 工 程 中 exti.c 文 件 中 的 函 数 EXTI_Init 内 容 一 致 ， 在

stm32f4xx_it.c 中生产了 4 个中断服务函数，在 exti.c 文件中的中断服务函数内容一致。当然，

回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback 的内容软件是无法自动生成的，需要我们自己编写。