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高职单片机中断知识教学与实践研究

范文

王雪

摘要：文章针对高职物联网学生的特点，对嵌入式系统课程中断内容的授课方案进行教学设计，指出了中断部分内容的重要性，介绍了中断优先级相关的重点讲解内容，并采用项目式教学的方式，带领学生进行实践操作，并设计了实验过程和代码。

关键词：ARM；中断；优先级

1 背景

中断[1]是嵌入式系统中重要的概念，几乎所有的应用系统中都用到中断，中断系统体系相对复杂，涉及内核，编程和硬件连接多个方面，对于高职层面学生来说，如何整合好课程内容，如何策略性的讲授课程，对学生的接受程度有着重要的影响。

2 概念讲解

概念和体系结构[2]的理解是学习中断的理论基础，主要包括中断，优先级两个重要概念。在上课过程中，采用举例的方式效果比较好。例如：在教师上课过程中，有一个学生迟到了，在敲门进入教室的过程中，打断了教师的讲课，就是所谓的“中断”。在教师处理迟到学生的过程中，突然有一个学生生病了，又产生了一个新的中断。教师会先处理生病的学生，然后再处理迟到的同学，这就是中断的优先级[2]。在举例过程中，带出了中断概念优先级的概念，并详细讲解優先级方面的详细知识。首先要从宏观上讲解中断基础知识[3]。

（1）在CM3的体系结构中，共计设有256个中断，中断分为内核中断和外部中断，数量分别为16和240个。对于每一个中断，均可设置相关优先级，故CM3可以控制256级中断设置。（2）STM32作为意法半导体公司针对CM3订制的芯片，根据应用市场需要，并没有全部使用CM3内核，有选择性地采用了一部分。（3）在STM32体系中，一共设置了84个中断，同样分为外部中断和内部中断，分别为16和68个，中断优先级分级处理，共有16个等级。（4）在STM32F103系列中，设置了60个外部中断，同时也是可屏蔽中断。

中断的优先级是一个重要的概念，如表1所示。

在ARM中断系统中，抢占优先级和响应优先级是有区别的，讲解过程具体如下：（1）高优先级的抢占优先级是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的。（2）抢占优先级相同的中断，高响应优先级不可以打断低响应优先级的中断。（3）抢占优先级相同的中断，当两个中断同时发生的情况下，哪个响应优先级高，哪个先执行。（4）如果两个中断的抢占优先级和响应优先级都是一样，则看哪个中断先发生就先执行；

3 实验过程

3.1 GPIO 口初始化操作

GPIO 口在进行输出前，要进行相关寄存器的配置，主要配置内容包括输入输出状态设置、上拉下拉设置、复用和重映射设置等。一般可以设为内部上拉或者内部下拉，如果不采用，一般需要在外部设置上拉电阻或者下拉电阻。否则中断会不停地发生。

3.2 GPIO复用功能设置

复用是单片机里面一个非常重要的技术，解决了CPU管脚不够用的问题，也使开发设计灵活性更好。在复用前，要开启相关外围器件的时钟功能，同时开启相关GPIO引脚的时钟功能，再进行利用设置，从而建立复用引脚与相关外围器件的对应关系。

3.3 中断设置

中断的产生需要几个条件。（1）相关器件的中断允许。（2）中断服务函数的编写。（3）中断优先级的设置。（4）上升沿或者下降沿触发。（5）NVIC所对应的中断入口函数名称。（6）中断向量表。（7）中断号的查询。这些条件都是需要进行设置的，否则将无法正确进行中断处理。

3.4 配置中断分组，并使能中断

这一步，就是配置中断的分组（Nested Vectored Interrupt Controller， NVIC），以及使能，对 STM32 的中断来说，只有配置了 NVIC的设置，并开启才能被执行，否则是不会执行到中断服务函数里面去的。

3.5 编写中断服务函数

中断服务函数的名称在STM32中在中断向量表中已经定义好了，不能随便更改名称，在STM32的启动文件当中可以找到相关的名称。例如：

DCD EXTIOJRQHandler ；外部中断0

DCD EXTIl-IRQHandler；外部中断 1

DCD EXTI2-IRQHandler；外部中断2

DCD EXTI3-IRQHandler；外部中断3

DCD EXTI4-IRQHandler；外部中断4

DCD EXTI9-5-IRQHandler；；外部中断5-9

DCD EXTI15-r。-IRQHandler；；外部中断 10-15

需要特别注意的是，中断5—9共用同一个中断入口函数。中断10—15共用同一个中断入口函数。在一般情况下，我们通常会使用外部中断0—4。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。

4 软件设计

我们在inter.c里输入如下代码：

5 下载验证

通过MDK开发环境对工程进行编译，无误后，可以下载代码至实验板上运行，以验证是否正确。下载代码后，在串口调试助手里面可以看到，实验效果如图1所示。

6 结语

本着“以学生为中心”的理念，在教学过程中，对教学内容的选择和提炼是非常重要的教学环节。教师要站在学生的角度上，全方位参考学生的基础知识、学习状态、接受能力和兴趣爱好，制定出适合学生学，适合教师教，适合社会用的教学实施方案，并注重知识的融会贯通，真正让学生学有所用，为将来的就业打好基础。

[参考文献]

[1]王超，朱鹏远.基于Proteus的单片机中断电路的设计与仿真[J].实验技术与管理，2017（7）：136.

[2]刘维梁，任长明.中断向量表在ARM异常中断中的应用[J].微处理机，2008（4）：5.

[3]刘岚，张凯.ARM7嵌入式系统的中断设计与中断处理优化[J].武汉理工大学学报，2004（4）：88.

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