如何使用STM32的外部中断功能读取按键输入

　　STM32 CubeMX学习：6. 按键的外部中断
　   1 基础知识
　　1.1 按键原理图
　　在探索者 STM32F4开发板上的按键 KEY0 连接在 PE4 上、KEY1 连接在 PE3 上、KEY2 连接在 PE2 上、KEY_UP连接在 PA0 上。如图所示：
　　
　　在这块开发板上，KEY0、KEY1 和 KEY2 是低电平有效的，而 KEY_UP 是高电平有效的，并且外部都没有上下拉电阻，所以，我们需要在 STM32F4 内部设置上下拉。
　　1.2 按键软件消抖
　　考虑到真实的情况，由于按键的机械结构具有弹性，按下时开关不会立刻接通，断开时也不会立刻断开，这就导致按键的输入信号在按下和断开时都会存在抖动，如果不先将抖动问题进行处理，则读取的按键信号可能会出现错误。
　　为了消除这一问题，我们可以通过软件消抖或者硬件消抖两种方式来实现，我们在这里主要采用软件滤波的实现方法。软件滤波的思想其实非常简单，大家很容易就明白了。抖动的产生在按键按下和松开的两个边沿时刻，也叫下降沿（电平从高到低）和上升沿（电平从低到高）时刻，所以我们只需要在边沿时进行延时，等到按键输入已经稳定再进行信号读取即可，是不是很简单呢？
　　一般采用软件消抖时，会进行20ms的延时，示波器采集按键波形如图所示。
　　
　　1.3 外部中断
　　单片机的外部中断通常是由GPIO的电平跳变引起的中断。在STM32中，每一个GPIO都可以作为外部中断的触发源，外部中断一共有16条线，对应着GPIO的0-15引脚，每一条外部中断都可以与任意一组的对应引脚相连，但不能重复使用。
　　例如，外部中断Line0可以和PA0，PB0，PC0等任意一条0号引脚相连，但如果已经和PA0相连，就不能同时和PB0，PC0其他引脚相连。大家在规划中断的时候要格外小心呦。
　　外部中断支持GPIO的三种电平跳变的模式，如下所示：
　　上升沿中断：当GPIO的电平从低电平跳变成高电平时，引发外部中断。
　　下降沿中断：当GPIO的电平从高电平跳变成低电平时，引发外部中断。
　　上升沿和下降沿中断：当GPIO的电平从低电平跳变成高电平和从高电平跳变成低电平时，都能引发外部中断。
　　2 程序的学习
　　2.1 按键的外部中断在CubeMX里的配置
　　STM32的GPIO提供外部中断功能，当GPIO检测到电压跳变时，就会发出中断触发信号给STM32，使程序进入外部中断服务函数。
　　（今天的程序，我们可以在LED灯的基础之上完成）
　　将PA0号引脚设置为按键的输入引脚，将其设置为外部中断模式。
　　
　　接着点开GPIO标签页，对引脚进行如下设置，将GPIO模式设置为升降沿触发的外部中断，上下拉电阻设置为下拉电阻，最后设置用户标签为WK_UP。
　　
　　在NVIC标签页下，可以看到外部中断已经开启。
　　
　　点击“GENERATE CODE”生成代码
　　2.2 HAL_GPIO_ReadPin函数介绍
　　HAL库提供了读取引脚上的电平的函数HAL_GPIO_ReadPin。该函数说明如下：
　　GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin（GPIO_TypeDef* GPIOx， uint16_t GPIO_Pin） 此函数的返回参数为GPIO_PinState，如果是高电平则返回GPIO_PIN_SET（对应为1），如果是低电平则返回GPIO_PIN_RESET（对应为0）；
　　该函数的作用在于返回引脚电平；
　　该函数具有两个参数：
　　（1）GPIOx——对应GPIO总线，其中x可以是A…I。例如，PH10，则输入GPIOH
　　（2）GPIO_Pin——对应引脚数。可以是0-15。例如，PH10，则输入GPIO_PIN_10
　　2.3 中断回调函数介绍
　　每当产生外部中断时，程序首先会进入外部中断服务函数。在stm32f4xx_it.c中，可以找到函数EXTI0_IRQHandler，它通过调用函数HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler对中断类型进行判断，并对涉及中断的寄存器进行处理，在处理完成后，它将调用中断回调函数HAL_GPIO_EXTI_Callback，在中断回调函数中编写在此次中断中需要执行的功能。
　　2.4 程序中的前后台
　　在本次实验中，发现主循环和中断回调函数中都有代码。这是一个非常典型的以前后台模式组织的工程。但是，什么是前后台模式呢？我们可以想象一下一个餐厅的运作模式，餐厅往往分为前台的叫餐员和后台的大厨，前台只有在来了客人，或者后台做好了一道菜时才会工作，而后厨则一直在忙着做菜，只有前台来了新的单子或者已经有菜做好了才会停下一会手中的活。
　　在单片机中，中断就是前台，而循环就是后台，中断只在中断源产生时才会进行相应的处理，而循环则一直保持工作，只有被中断打断时才会暂停。前后台程序的异同可以参见下表：
　　编写前后台程序时，需要注意尽量避免在前台程序中执行过长或者过于耗时的代码，让前台程序能够尽快执行完毕，以保证其能够实时响应突发的事件，比较繁杂和耗时的任务一般放在后台程序中处理。
　　前后台模式可以帮助我们提高单片机的时间利用率，从而组织起比较复杂的工程。
　　2.5 程序流程
　　我们今天的程序中前后台任务各自承担的任务为：
　　前台程序——记录按键翻转的状态rising_falling_flag
　　后台程序——执行处理工作，根据记录的翻转状态进行按键状态的判断
　　在主循环中，首先通过边沿检测标志 rising_falling_flag 来判断按键是处于按下还是松开的边沿，如果是下降的边沿（rising_falling_flag == GPIO_PIN_RESET）则将LED灯熄灭，如果是如果是上升的边沿（rising_falling_flag == GPIO_PIN_SET）则将LED灯点亮。为了防止误触发，通过边沿检测的判断之后，程序还会再对电平进行一次读取，确认下降沿后跟随的是低电平或者上升沿后跟随的是高电平，如果不是则不切换LED状态。
　　在中断回调函数中，利用HAL_GPIO_ReadPin对rising_falling_flag进行赋值，从而判断触发中断的是上升沿还是下降沿。
　　使用exit_flag来实现主循环和中断回调函数之间的互斥，保证中断处理函数中的功能（判断上升/下降沿）只在主循环完成判断之后进行，或者主循环的判断只在中断处理函数运行（即检测到了一次上升沿或者下降沿）之后再进行。
　　最终main.c文件如下所示
　　/* USER CODE BEGIN Header */
　　/**
　　******************************************************************************
　　* @file ： main.c
　　* @brief ： Main program body
　　******************************************************************************
　　* @attention
　　*
　　* 《h2》《center》© Copyright （c） 2021 STMicroelectronics.
　　* All rights reserved.《/center》《/h2》
　　*
　　* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license，
　　* the “License”; You may not use this file except in compliance with the
　　* License. You may obtain a copy of the License at：
　　* opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
　　*
　　******************************************************************************
　　*/
　　/* USER CODE END Header */
　　/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
　　#include “main.h”
　　#include “gpio.h”
　　/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
　　/* USER CODE BEGIN Includes */
　　/* USER CODE END Includes */
　　/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
　　/* USER CODE BEGIN PTD */
　　/* USER CODE END PTD */
　　/* Private define ------------------------------------------------------------*/
　　/* USER CODE BEGIN PD */
　　/* USER CODE END PD */
　　/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
　　/* USER CODE BEGIN PM */
　　/* USER CODE END PM */
　　/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
　　/* USER CODE BEGIN PV */
　　/* USER CODE END PV */
　　/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
　　void SystemClock_Config（void）;
　　/* USER CODE BEGIN PFP */
　　/* USER CODE END PFP */
　　/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
　　/* USER CODE BEGIN 0 */
　　//backgroud program
　　//后台程序
　　uint8_t exit_flag = 0;
　　uint8_t rising_falling_flag;
　　/**
　　* @brief exit callback function
　　* @param［in］ GPIO_Pin:gpio pin
　　* @retval none
　　*/
　　/**
　　* @brief 外部中断回调
　　* @param［in］ GPIO_Pin：引脚号
　　* @retval none
　　*/
　　void HAL_GPIO_EXTI_Callback（uint16_t GPIO_Pin）
　　{
　　if（GPIO_Pin == WK_UP_Pin）
　　{
　　if（exit_flag == 0）
　　{
　　exit_flag = 1;
　　rising_falling_flag = HAL_GPIO_ReadPin（WK_UP_GPIO_Port， WK_UP_Pin）;
　　}
　　}
　　}
　　/* USER CODE END 0 */
　　/**
　　* @brief The application entry point.
　　* @retval int
　　*/
　　int main（void）
　　{
　　/* USER CODE BEGIN 1 */
　　/* USER CODE END 1 */
　　/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
　　/* Reset of all peripherals， Initializes the Flash interface and the Systick. */
　　HAL_Init（）;
　　/* USER CODE BEGIN Init */
　　/* USER CODE END Init */
　　/* Configure the system clock */
　　SystemClock_Config（）;
　　/* USER CODE BEGIN SysInit */
　　/* USER CODE END SysInit */
　　/* Initialize all configured peripherals */
　　MX_GPIO_Init（）;
　　/* USER CODE BEGIN 2 */
　　HAL_GPIO_WritePin（ LED0_GPIO_Port， LED0_Pin， GPIO_PIN_RESET ）;
　　/* USER CODE END 2 */
　　/* Infinite loop */
　　/* USER CODE BEGIN WHILE */
　　while （1）
　　{
　　/* USER CODE END WHILE */
　　/* USER CODE BEGIN 3 */
　　//foreground program
　　//前台程序
　　if（exit_flag == 1）
　　{
　　exit_flag = 2;
　　if（rising_falling_flag == GPIO_PIN_RESET）
　　{
　　//debouce
　　//消抖
　　HAL_Delay（20）;
　　if（HAL_GPIO_ReadPin（WK_UP_GPIO_Port， WK_UP_Pin） == GPIO_PIN_RESET）
　　{
　　HAL_GPIO_WritePin（LED0_GPIO_Port， LED0_Pin， GPIO_PIN_RESET）;
　　exit_flag = 0;
　　}
　　else
　　{
　　exit_flag = 0;
　　}
　　}
　　else if（rising_falling_flag == GPIO_PIN_SET）
　　{
　　//debouce
　　//消抖
　　HAL_Delay（20）;
　　if（HAL_GPIO_ReadPin（WK_UP_GPIO_Port， WK_UP_Pin） == GPIO_PIN_SET）
　　{
　　HAL_GPIO_WritePin（LED0_GPIO_Port， LED0_Pin， GPIO_PIN_SET）;
　　exit_flag = 0;
　　}
　　else
　　{
　　exit_flag = 0;
　　}
　　}
　　}
　　}
　　/* USER CODE END 3 */
　　}
　　/**
　　* @brief System Clock Configuration
　　* @retval None
　　*/
　　void SystemClock_Config（void）
　　{
　　RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
　　RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
　　/** Configure the main internal regulator output voltage
　　*/
　　__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE（）;
　　__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG（PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1）;
　　/** Initializes the CPU， AHB and APB busses clocks
　　*/
　　RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
　　RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
　　RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
　　RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
　　RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 6;
　　RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 168;
　　RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
　　RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
　　if （HAL_RCC_OscConfig（&RCC_OscInitStruct） ！= HAL_OK）
　　{
　　Error_Handler（）;
　　}
　　/** Initializes the CPU， AHB and APB busses clocks
　　*/
　　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_DIV4;
　　RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
　　if （HAL_RCC_ClockConfig（&RCC_ClkInitStruct， FLASH_LATENCY_5） ！= HAL_OK）
　　{
　　Error_Handler（）;
　　}
　　}
　　/* USER CODE BEGIN 4 */
　　/* USER CODE END 4 */
　　/**
　　* @brief This function is executed in case of error occurrence.
　　* @retval None
　　*/
　　void Error_Handler（void）
　　{
　　/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
　　/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
　　/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
　　}
　　#ifdef USE_FULL_ASSERT
　　/**
　　* @brief Reports the name of the source file and the source line number
　　* where the assert_param error has occurred.
　　* @param file： pointer to the source file name
　　* @param line： assert_param error line source number
　　* @retval None
　　*/
　　void assert_failed（uint8_t *file， uint32_t line）
　　{
　　/* USER CODE BEGIN 6 */
　　/* User can add his own implementation to report the file name and line number，
　　tex： printf（“Wrong parameters value： file %s on line %drn”， file， line） */
　　/* USER CODE END 6 */
　　}
　　#endif /* USE_FULL_ASSERT */
　　/************************ （C） COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
　　3 运行效果
　　一开始LED0为点亮状态，当按键按下时，红灯熄灭；当按键松开时，红灯点亮
　　代码我已经放到了我的GitHub仓库，如有需要可以下载使用：
　　总结
　　按键也是一种人机交互的操作，同时也可以设置成STM32的输入模式，可以用于设置某项功能的开启等作用。外部中断也是STM32中重要的中断类型，常常用于传感器的数据处理，例如陀螺仪，加速度计，磁力计的数据准备中断，通知stm32已经有新的传感器数据产生。