STM32 外部中断 EXTI：按键触发中断与优先级分组
约 3685 字大约 12 分钟
2026-05-14
系列：外设基础系列
难度等级：⭐⭐⭐☆☆
适用芯片：STM32F103xx（其他系列差异见文末说明）
开发环境：STM32CubeIDE 1.x + HAL 库
前置知识：NVIC 中断基本概念、GPIO 输入输出配置、串口printf重定向基础
一、前言
EXTI 可以把它理解成“门铃触发器”。平时 CPU 不用一直盯着按键看，只要按键电平发生指定变化，就像门铃被按下那一刻，硬件会主动通知 CPU 处理事件。这里“门铃响”对应 EXTI 中断触发，“去开门”对应你的中断回调函数执行。
如果不用 EXTI，而是主循环一直轮询按键，项目一复杂就会暴露问题。第一，CPU 会被无意义扫描占用，任务一多响应会抖；第二，轮询周期不合适时容易漏按或误判；第三，维护时你很难统一管理多个输入事件，代码会越来越散。
本文会实现一个明确实验：把 PA0 配成下降沿外部中断，按键按下时在回调中翻转 PC13 LED，并通过串口打印中断触发次数。同时演示 NVIC 优先级分组和中断优先级设置，最后用现象和计数验证配置正确。
二、原理讲解
2.1 工作原理
一句话核心：GPIO 引脚先映射到 EXTI 线，再由 EXTI 检测边沿并向 NVIC 发起中断请求，CPU进入对应中断服务流程。
PA0输入电平变化
│
▼
[AFIO_EXTICR映射] ← 把“PA0”连接到“EXTI0线”
│
▼
[EXTI边沿检测器] ← 监测下降沿并置位挂起标志
│
▼
[NVIC中断控制器] ← 根据优先级决定是否立即响应
│
▼
[HAL_GPIO_EXTI_Callback] ← 执行用户回调逻辑（翻转LED/计数）💡 关键理解：EXTI 是“线”的概念，不是“端口+引脚”直接一一独占；
EXTI0可以映射到PA0/PB0/PC0...其中之一，同一时刻只能选一个源。
2.3 关键寄存器 / HAL 结构体
| 寄存器（HAL成员） | 作用 | 典型值/选项 |
|---|---|---|
GPIO_InitTypeDef.Pin | 选择中断输入脚 | GPIO_PIN_0 |
GPIO_InitTypeDef.Mode | 配置中断触发方式 | GPIO_MODE_IT_FALLING |
GPIO_InitTypeDef.Pull | 输入上拉/下拉 | GPIO_PULLUP |
AFIO->EXTICR[0] | EXTI0 源端口映射 | PA0 -> EXTI0 |
EXTI->FTSR | 下降沿触发使能 | TR0=1 |
NVIC（EXTI0_IRQn） | 中断使能与优先级 | 例如抢占优先级 2 |
💡 日常开发优先用 HAL 配置；只有“中断不进”或“进错线”时再重点查
EXTICR/FTSR/PR这些寄存器位。
2.4 子功能说明
本文使用 下降沿触发中断模式（GPIO_MODE_IT_FALLING）；EXTI 还支持上升沿和双边沿，区别是一种只响应“按下瞬间”，一种响应“松开瞬间”，双边沿则两次都响应。
三、硬件说明
本实验无需外接任何模块，仅使用开发板板载资源。
板载 LED 引脚因板型而异，常见为 PC13（最小系统板）或 PA8，请查阅你的原理图确认后修改代码中的宏定义。
如需串口打印调试，通过板载 USB 转串口（通常为 PA9/PA10）连接电脑即可。
四、CubeMX 配置步骤
4.1 时钟配置
- 第一步：RCC 配置（选外部晶振）
- 第二步：Clock Configuration 页面的具体设置（写明目标频率数值）
设定SYSCLK=72MHz，AHB=72MHz，APB1=36MHz，APB2=72MHz。 - 第三步：确认该外设所在总线的时钟频率（写明总线名称和数值）
GPIO/AFIO 在APB2，确认PCLK2=72MHz，确保 EXTI 线映射与 GPIO 输入工作正常。
4.2 外设配置
步骤一：进入 Pinout & Configuration -> System Core -> GPIO，将 PA0 设置为 GPIO_EXTI0，触发方式选择 External Interrupt Mode with Falling edge trigger detection。
步骤二：Parameter Settings 参数表格
| 参数项 | 填写值 | 说明 |
|---|---|---|
| PA0 Mode | External Interrupt Mode with Falling edge | 按键常见上拉输入，按下为低，下降沿最符合“按下触发” |
| PA0 Pull-up/Pull-down | Pull-up | 默认高电平，避免输入悬空导致误触发 |
| PC13 Mode | Output Push Pull | 用于中断触发后翻转 LED 观察现象 |
| PC13 Speed | Low | LED 翻转不需要高速，降低边沿噪声 |
| User Label（可选） | KEY_EXTI_Pin / LED_Pin | 后续维护时能快速识别用途 |
步骤三：NVIC 中断配置（写明勾选路径和优先级建议值）
在 Pinout & Configuration -> System Core -> NVIC 勾选 EXTI line0 interrupt，建议 Preemption Priority=2、Sub Priority=0。如果你还会用到更高实时性的定时器中断，可给它更高优先级（数值更小）。
步骤四：代码生成设置（写明需要勾选哪个选项及其路径）
在 Project Manager -> Code Generator 勾选 Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files per peripheral，便于把 GPIO/EXTI 初始化与业务逻辑分离。
五、代码实现
5.1 设计思路
- 中断回调只做“轻量动作”，因为中断上下文要短小，避免阻塞导致系统响应下降。
- 消抖采用“时间窗过滤”，因为机械按键抖动会导致一次按下触发多次中断。
- 打印放到主循环通过标志位触发，因为串口阻塞发送放在中断里风险高，容易卡住其他中断。
- 明确判断
GPIO_Pin == GPIO_PIN_0，因为工程里可能有多个 EXTI 源，必须分清来源。
5.2 初始化代码
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET); // 设定LED初始状态，避免上电状态不确定影响观察
g_exti_count = 0U; // 清零中断计数，确保启动后计数从0开始
g_last_tick = HAL_GetTick(); // 初始化消抖基准时间，避免刚启动误判为有效按下
g_print_flag = 0U; // 清零打印标志，防止主循环误打印旧状态
printf("EXTI0 demo start\r\n"); // 启动信息用于确认串口链路和程序已运行
/* USER CODE END 2 */💡
g_last_tick是消抖核心参数，没有它你很难稳定过滤机械按键抖动。
5.3 核心功能代码
代码块1：中断回调函数
/**
* @brief GPIO EXTI 中断回调函数
* @param GPIO_Pin: 触发中断的GPIO引脚号
* @retval None
* @note 回调中仅做轻量处理，避免阻塞式调用影响系统实时性
*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
uint32_t now = HAL_GetTick(); // 读取当前系统节拍，用于软件消抖时间判断
if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) // 分支1：仅处理PA0对应的EXTI0事件
{
if ((now - g_last_tick) >= 20U) // 分支2：超过20ms消抖窗口才认定为有效按下
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13); // 有效按下时翻转LED，提供直观硬件反馈
g_exti_count++; // 有效按下计数+1，用于串口验证触发次数
g_last_tick = now; // 更新上次有效触发时间，为下一次消抖判断提供基准
g_print_flag = 1U; // 置位打印标志，通知主循环异步输出日志
}
else // 分支3：落在抖动窗口内的重复触发
{
/* bounce ignored */ // 抖动事件直接忽略，避免一次按下多次响应
}
}
else // 分支4：非PA0来源事件
{
/* ignore other EXTI lines */ // 明确忽略其他中断线，防止逻辑串线
}
}代码块2：主循环 while(1) 部分
/* USER CODE BEGIN 3 */
while (1)
{
if (g_print_flag == 1U) // 条件1：检测到中断回调请求打印时执行日志输出
{
g_print_flag = 0U; // 先清标志，避免同一次事件重复打印
printf("EXTI0 count = %lu\r\n", g_exti_count); // 输出有效按键触发次数，用于功能验证
}
else // 条件2：无待处理打印事件
{
/* main loop keeps non-blocking */ // 主循环保持轻量，确保系统整体响应性
}
}
/* USER CODE END 3 */5.4 串口重定向（如本实验用到 printf 则必须包含，否则删除此节）
#include "stdio.h" // 引入标准输入输出定义，提供fputc原型
int fputc(int ch, FILE *f) // 将printf的字符输出重定向到USART发送通道
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF); // 阻塞发送单字节，保证调试日志完整可读
return ch; // 返回发送字符，满足标准库接口约定
}Keil 需勾选 MicroLIB、CubeIDE 需添加 syscalls.c。
六、实验现象与验证
6.1 预期效果
- ✅ 每次按下 PA0 按键后，LED 状态翻转一次，按键抖动被
20ms消抖窗口过滤。 - ✅ 串口以
115200bps输出EXTI0 count = N，N每次有效按下只增加1。
6.2 快速验证方法
方法1：人工按键验证（操作步骤）
- 打开串口助手，设置
115200, 8N1。 - 单次短按 PA0，观察 LED 翻转且计数加 1。
- 长按不放时计数不应持续快速增加（验证消抖有效）。
方法2：回调触发频次监控（代码片段）
static uint32_t raw_irq_count = 0U; // 统计原始中断进入次数，用于对比抖动与有效次数
raw_irq_count++; // 每次进入回调先+1，反映硬件实际触发频次
printf("raw=%lu, valid=%lu\r\n", raw_irq_count, g_exti_count); // 期望raw>=valid，且消抖后valid增长更平稳七、常见问题排查
❓ 现象：按一次按键，串口计数增加了 2~5 次
可能原因：
- 机械按键抖动导致短时间内出现多个下降沿，硬件会多次触发 EXTI。
- 没有做软件消抖或消抖时间过短，无法过滤抖动脉冲。
排查步骤：
先加 20ms 时间窗消抖，再根据按键品质调整到 10~30ms 范围，观察计数是否稳定到“一按一次”。
/* 20ms软件消抖模板：期望一次按下只记一次有效触发 */
uint32_t now = HAL_GetTick(); // 读取当前毫秒节拍用于时间窗判断
if ((now - g_last_tick) >= 20U) // 间隔大于等于20ms才认为是有效触发
{
g_last_tick = now; // 更新有效触发时间戳，防止连续抖动重复计数
g_exti_count++; // 仅有效触发时增加计数
}❓ 现象：程序偶发卡住或整体响应变慢，尤其按键触发后更明显
可能原因：
- 在 EXTI 回调里调用了
HAL_Delay这类阻塞函数，中断上下文被长时间占用。 - 在回调里做了大量串口打印或复杂计算，导致中断执行时间过长影响系统调度。
排查步骤：
把阻塞和耗时逻辑全部移出回调，改成“回调置标志，主循环处理”的结构。
/* 中断里只置位，主循环里再做耗时工作，期望系统恢复流畅 */
volatile uint8_t g_task_flag = 0U; // 定义事件标志用于跨上下文通信
g_task_flag = 1U; // 回调里只置位，不做延时和大块打印
if (g_task_flag == 1U) // 主循环检测到事件再执行耗时任务
{
g_task_flag = 0U; // 先清标志，避免重复处理
printf("handle key event in main loop\r\n"); // 把打印放主循环，避免中断阻塞
}❓ 现象：PA0 电平变化了，但 EXTI0 中断始终不触发（EXTI 特有映射问题）
可能原因：
- EXTI0 线映射到了错误端口（例如 PB0），导致 PA0 变化不会触发 EXTI0。
- GPIO 模式不是
GPIO_MODE_IT_FALLING，只是普通输入，边沿检测器没有启用。
排查步骤：
核对 CubeMX 引脚模式和 EXTI 线映射，确认 PA0 -> EXTI0，并检查 NVIC 的 EXTI0_IRQn 已使能。
/* 快速自检：确认PA0电平在变化且中断计数同步变化 */
uint8_t pa0_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0); // 读取PA0当前电平，确认按键硬件确实有变化
printf("PA0=%d, EXTI0_count=%lu\r\n", pa0_level, g_exti_count); // 期望按下时PA0变化且count随有效触发增加
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); // 再次确保EXTI0中断已使能，排除未开启中断因素八、设计选型参考
| 方案 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 轮询按键 | 实现简单，时序可控 | CPU 占用高，易漏按或抖动误判 | 低频、单按键、快速原型 |
| 外部中断（本文） | 响应快，CPU 空闲时间多 | 需处理抖动和中断上下文约束 | 事件驱动输入、人机交互 |
| 定时器消抖（周期采样） | 抖动处理稳定，可扩展多键 | 响应延迟受采样周期影响 | 多按键统一管理、状态机输入 |
| 外部中断+定时器联合 | 响应快且抗抖稳定 | 实现复杂度更高 | 中高可靠性按键系统 |
💡 选型原则：单键且要即时响应先选 EXTI，再用时间窗或定时器做消抖；多键复杂场景优先“定时采样+状态机”。
九、进阶方向
- EXTI + 定时器状态机消抖：能实现短按/长按/双击识别，避免单纯边沿触发误判复杂手势。
- 多中断源优先级规划：能实现按键、串口、定时器协同运行，避免高频中断抢占导致关键任务抖动。
- 低功耗唤醒输入设计：能实现待机模式按键唤醒系统，避免主循环常开造成不必要功耗。
- 事件队列化处理：能实现中断只采集事件、主任务统一消费，避免中断逻辑膨胀导致维护困难。
十、总结
本文完成了：用 EXTI0 实现了 PA0 下降沿按键中断触发，回调中翻转 LED 并通过串口输出触发计数，同时完成了中断优先级配置演示。
核心知识点回顾：
- EXTI 是“中断线”机制，GPIO 引脚必须先正确映射到对应 EXTI 线，触发边沿与 NVIC 使能缺一不可。
- 按键中断必须配合软件消抖，否则机械抖动会导致一次按下触发多次回调。
- 中断回调应避免
HAL_Delay和大块阻塞操作，正确做法是回调置标志、主循环处理耗时任务。
参考资料
- STM32F103 参考手册链接（固定）：https://www.st.com/resource/en/reference_manual/cd00171190.pdf
- HAL 库用户手册链接（固定）：https://www.st.com/resource/en/user_manual/dm00154093.pdf
- CubeMX 用户手册链接（固定）：https://www.st.com/resource/en/user_manual/dm00104712.pdf
- 补充资料1（主题相关）：https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00233952.pdf
- 补充资料2（主题相关）：https://www.st.com/en/embedded-software/stm32cubef1.html
*如有错误或建议，欢迎在评论区留言。转载请注明原文出处。*芯片差异说明（如有差异则必须包含，否则删除）
| 对比项 | STM32F103 (F1) | STM32F4 | STM32H7 |
|---|---|---|---|
| EXTI 映射单元 | 通过 AFIO EXTICR 选择端口源 | 通过 SYSCFG EXTICR 选择端口源 | 同样经 SYSCFG/EXTI，但中断线资源更细 |
| 中断线组织 | 0~4 独立，5~9 共用，10~15 共用 | 组织方式类似 | 线与域更复杂，需关注安全域/电源域 |
| 触发能力 | 上升/下降/双边沿基础功能完整 | 类似并扩展更多系统特性 | 复杂系统下常配合低功耗与多域唤醒 |
| 配置注意点 | 易错在 AFIO 映射与 NVIC 使能 | 易错在 SYSCFG 时钟与映射 | 易错在域配置与中断路由策略 |