STM32中断控制教学探讨

2020-01-19田德永

消费电子 2020年12期

田德永

【关键词】STM32;中断;教学

一、引言

高职院校很多电子信息竞赛的项目中，如嵌入式技术应用、电子设计竞赛等比赛项目都涉及到基于STM32芯片的嵌入式技术开发，所以大多高职院校采用芯片STM32作为嵌入式课程教学内容。中断技术是STM32核心技术之一，中断的知识是课程教学的难点和重点内容，也是学生不容易学习和理解的知识点。对于基础薄弱的高职学生，如何对STM32的中断知识点进行有效教学，是任课老师需要思索探讨的问题。

二、STM32中断控制

（一）中断概念的理解。

对于生活中的中断现象，其实大部分学生还是比较容易理解，应该明白中断的意思。在进行教学时，我们可以从生活中引入例子来进行对比，让学生更加容易理解中断的概念。比如一位同学正在看书时，突然老师打来了电话，这位同学可能会停止看书，去接老师的电话，接完后再来看书。这个过程就是中断。可以看出，现实中的中断就是正在进行的工作。由于外部原因被打断了。通常说的STM32的中断，其实也就是STM32中内部的CPU中断。针对于CPU来说，中断就是CPU在执行当前的程序。由于有外部某种事件的发生，CPU不得不停止当前程序的执行，而去处理另外一段特殊的中断服务程序的这一过程。一般的嵌入式芯片都具有中断技术，只不过其中的控制机制和复杂程度不一样。为什么采用中断技术，从中断概念我们就会发现中断技术的优势和作用很大。其中一个作用是可以进行分时操作，可以挂载多个外设，匹配外设的速度。另外一个作用是能实时处理，就是当有随机事件来时，能及时响应，提高了CPUI作的效率，满足一些实时任务要求。

（二）STM32中断的机制

STM32中断系统相对于普通51单片机要复杂得多，但功能和性能也比51单片机强得多。学生往往容易掌握中断的概念，但到具体操作上，却难以理清头绪，因此需要初步理解STM32中断机制。对于有许多中断源的STM32来说，中断地管理是采取分组的方法来进行的。STM32设置中断优先级的取内核给的4个字节位，分成五个分组。其中每个分组对应设置一个抢占优先级和一个响应优先级。在进行初始化时，我们就对分组进行配置。在外部中断时，只要确定了中断通道的优先级。也就确定了外部设备的中断优先级。一般情况下，抢占优先级地值越低，优先级则越高。系统首先响应优先级最高的中断。如果两个中断的优先级都一致，则优先执行位于中断向量表中位置较高的中断。

（三）中断实验教学实例

STM32中断有外部中断、定时器中断、串口中断等中断内容教学，本文通过采用外部中断的实验例子进行中断内容的教学分析。重点要求学生学会STM32中断的配置及中断服务函数的编写。掌握基于库函数的外部中断的程序编写步骤。中断服务函数与子函数有不少相似之处，两者都和普通函数一样的格式和要求，都可实现嵌套。学生往往会忽视中断函数与子函数区别，容易混淆它们作用。如果把子函数放在主程序的大循环里调用，那么CPU就一直反复执行这子函数。而中断函数并未写在主函数里。学生会误以为中断函数永远不会执行，其实他们是有非常大的区别，中断函数一般具有特定的函数名，在发生中断过程时中断服务函数就可能被调用。

由于是外部中断，经过IO口的STM32外部中断源，STM32采取了中断线的概念。STM32的lO口与外部中断形成映射关系，构成一个个中断通道。但STM32提供lO能使用的中断线只有16个，为了解决每个10口都能使用中断线，STM32是采用分组方式，每个端口IO引脚序号一致地为一组，对应一根中断线。对于初次接触中断的高职学生来说，比较容易理解的是外部按键中断控制实验，所以具体实验是要求学生通过按键中断的方式，控制LCDl602显示正确的按键。学生编辑相关历程程序，通过搭建仿真电路观察实验效果，来理解STM32的中断机制。

（四）STM32中断教学的实施

1、采用的工具

Proteus是一款功能强大的仿真工具，前期版本只能仿真51、AVR等单片机，现在高版本可以对STM32部分系列进行仿真，为了能方便观察到实验效果。采用仿真工具Proteus进行仿真使得STM32教学效率大大提高。学生需要掌握这个工具，在没有硬件资源的条件下，学生可以通过自己的电脑在课余时间进行仿真学习，提高学习兴趣以及提高对嵌入式设计编程的能力。在进行STM32按键中断的实验中，学生需要绘制的硬件原理图不复杂，但也存在一些问题。学生对电路的基本知识掌握不够扎实，遇到一些元件符号不能识别，不会修改元件参数值，在仿真的时候得不到实验效果。另外部分学生动手能力不强，也缺乏进取之心，遇见到密集的连线和元件产生畏难情绪，就放弃了使用和学习。为了提高学生学习兴趣和直观的图形显示，采用Proteus里的LCDl602模块进行实验结果的显示，在教学中通过示范来指导学生绘制电路图。

STM32芯片运行需要的文件是.HEX文件，通常我们采用的是C语言进行编写源代码的，KEIL软件是我们采取的理想编译软件之一。一般要让学生知道KEIL的配置。比如生成的HEX文件目录在什么地方，在进行仿真学习或者下载到硬件中时，学生才能找到HEX文件。意法半导体为STM32提供了一系列C语言的STM32操作的库函数。也提供了程序开发模板历程，在进行开发实验时，我们只需要使用KEIL软件打开提供的历程进行二次开发就可以。

2、中断控制的按键程序编写教学

一般给的历程里，文件和文件目录比较复杂，学生短时间内难以着手，不知从哪里开始编写代码。我们可以把本例按键中断控制程序分成几个模块来进行设计，把相关组件程序代码写在不同文件里。可以把总的模块分成显示程序文件、按键程序文件、中断配置程序文件、中断服务程序文件、主程序文件。显示程序里的具体细节，学生不必去深究，教师已经编辑并调试好，通过调用显示函数能正常显示，学生只需会调用显示函数即可。因此教师在进行教学时，重点讲解中断配置程序文件和中断服务程序文件。中断配置程序文件中的代码作用一是需要对中断源进行配置，二是将中断映射到相应中断线，三是设置中断分组及中断方式。对于代码，STM32提供了丰富的库函数，调用相应库函数即可进行配置。一般库函数名前大写字母，表示的是对应的STM32功能模块，比如函数名为GPIO开头的。一般就是对普通输入输出口进程操作的函数，EXTI開头库的即是外部中断相关操作函数。在STM32F10X_lT.C文件里我们会发现中断服务函数，并且对应函数名已经定义完成，它是与中断向量一一对应的。我们打开这个文件，找到对应的中断服务函数，在此函数体里写上按键检测代码，以便检测出是哪个按键。同时为了显示按键，也需要在此函数调用显示函数。显示函数是外部函数，因此需要把头文件包括进来。STM32具体中断过程是这样的，当按键按下时，触发中断，即产生中断源请求。那么CPU转而执行对应的外部中断服务函数，及时显示按键值。