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嵌入式技术应用设计实训 | GPIO 输入与外部中断：按键

本课程开源地址（Gitee）：https://gitee.com/fujianxinxi/qianrushishixundianzi.git
课件、示例代码与验收脚本都在该仓库，可直接git clone或下载 ZIP 使用。

B站配套视频合集：https://space.bilibili.com/572740825/lists?sid=9228122
合集《嵌入式技术应用设计实训｜STM32F103 从点灯到智能家居》：每课配一节视频，可先看现象演示，再照着做。

开发板资料A盘（百度网盘）：https://pan.baidu.com/s/1_EXrjRUewwmGMgcy38zEZg（提取码：zbri）
正点原子官方资料下载：http://www.openedv.com/docs/boards/stm32/zdyz_stm32f103_nano.html

模块一 基础外设开发 · 2 学时 · 环境：Keil MDK5 + VS Code + 正点原子 STM32F103 Nano V1.3

一句话概述：从“读一个引脚的电平”入手，先弄清板载 4 个按键（KEY0/KEY1/KEY2/WK_UP）按下时分别是低电平还是高电平、为什么必须配上拉或下拉；再把它们配成外部中断（EXTI）+ NVIC，写出中断入口与回调，实现“按任意一个键，8 个 LED 在全亮与全灭之间翻转一次”。重点讲清“引脚号 → EXTI 线号 → NVIC 通道号”三段绑定，以及“中断里不能延时、消抖改用时间戳锁定”。课堂练习 4 条，大作业把“一键翻转全部”扩成“4 个键各管一个灯、按一下亮再按一下灭”。

本节目标

1. 能说出读一个按键要按“开时钟 → 配输入（上拉/下拉）→ 读电平”三步走，并说清 KEY0/KEY1/KEY2 为什么配上拉、WK_UP 为什么配下拉
2. 会配置 EXTI + NVIC（含中断入口函数与回调函数），让按任意一个键都能把 8 个 LED 在“全亮 / 全灭”之间翻转一次
3. 能说出“引脚号 → EXTI 线号 → NVIC 通道号”的三段对应关系，并解释为什么中断里不能延时消抖

一、原理说明

GPIO 做输出是往外写电平，做输入就反过来——读电平：先给端口开时钟，再把引脚配成输入、并按需要打开上拉或下拉电阻，最后用HAL_GPIO_ReadPin()读回它的高低。板载 4 个按键并不是“按键直接接在 IO 上”这么简单：KEY0/KEY1/KEY2 是按键另一端接地，所以必须打开内部上拉，不按时引脚被拉成高电平、按下才被按键拉到地（低电平）；WK_UP 接的是 3.3V，必须打开内部下拉，不按时是低、按下才是高——这也是 4 个键里唯一的反相。机械按键在按下和松开的一瞬间，触点会弹跳三五毫秒，电平像下雨一样忽高忽低，所以“读一次就当按下”往往会把一次按动读成好几次。外部中断（EXTI）的作用是让引脚自己盯着电平变化：变化一发生，硬件立刻把 CPU 拉到我们写好的那段函数里执行，主循环就不用一直盯着按键了。配一个外部中断要记住三段绑定——引脚号决定 EXTI 线号，EXTI 线号决定 NVIC 里的中断通道号，三段错一个，代码照样能编译、能下载，但按键就是一点反应都没有。

二、讲解内容

2.1 知识讲解

先认清 4 个按键接在哪、按下是什么电平（以下照厂家例程HARDWARE/KEY/key.c抄，别看反）：

三段绑定：引脚号 → EXTI 线号 → NVIC 通道号。EXTI 的线号不看端口（PA/PC/PD 都一样），只看引脚号：PC8 是线 8、PC9 是线 9、PD2 是线 2、PA0 是线 0。而 NVIC 里的通道是按“线”分的，并且会合并——线 0、线 1 各有独立通道，线 5~9 挤在同一个通道EXTI9_5里：

“线 8、线 9 共用一个入口”是新手最容易迷糊的地方：KEY0 和 KEY1 的中断都会跳进EXTI9_5_IRQHandler，所以在里面一次要把两个引脚都处理掉——本课直接写成HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9);，谁触发就翻谁的状态，写法最简单也最不容易漏。

输入三步，和输出三步一样不能少：

STM32F1 的一个专属细节（AFIO 时钟）：F1 的 EXTI 引脚映射要经过 AFIO 外设，写寄存器版时得先__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();。不过 HAL 库的HAL_GPIO_Init()一看到IT模式就替你把这句写好了（在stm32f1xx_hal_gpio.c里），所以本课代码里不用再写；看到别的例程多这一句，知道它在干什么就行。

抖动与消抖：两种做法，效果一样，代价不同。机械按键按下和松开的瞬间，触点在几毫秒里反复通断，电平会跳好几次——这就是“抖动”。不处理的话，一次按动会被当成两三次：

中断里为什么不能延时：中断一旦进入，主循环就停在原地等它执行完。如果在中断里写delay_ms(10)，整个系统就被卡住 10ms，按键按得急了还会互相插队，现象会变得莫名其妙。另外HAL_GetTick()靠 SysTick 的 1ms 中断累计，如果中断优先级配得不对，它可能一直不变，用时间戳会算错。本课把 EXTI 的抢占优先级设成2（数值越大优先级越低），而 SysTick 是 0、比它高，所以在中断里HAL_GetTick()照样在走——这是“时间戳锁定”能放进中断的前提。

HAL 库的中断调用链（记住这三步就够）：

引脚电平出现下降沿/上升沿（KEY0~KEY2 下降沿、WK_UP 上升沿） │ 硬件自动触发 ▼ EXTI9_5_IRQHandler() ← 中断入口函数，向量表按这个名字找它 │ 我们调用 ▼ HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(引脚) ← HAL 帮你清掉中断挂起标志 │ 它再调用 ▼ HAL_GPIO_EXTI_Callback(引脚) ← 我们干活的地方：翻转 8 个灯

HAL_GPIO_EXTI_Callback()在 HAL 库里是弱函数（__weak）：我们在main.c里重写一份，链接时就会用我们这份，不用注册、也不用函数指针。

2.2 代码示例

本课只改一个文件：课时文档/代码/课时02-GPIO 输入与外部中断-按键/按键实验/USER/main.c。工程里其余文件都是厂家例程现成的，不用动：

课时文档/代码/课时02-GPIO 输入与外部中断-按键/ └── 按键实验/ ← 正点原子官方“按键实验”例程（HAL 库版） ├── USER/KEY.uvprojx ← Keil 打开这个工程 ├── USER/main.c ← 本课唯一要改的文件 ├── HARDWARE/KEY/ ← 厂家按键驱动 key.c / key.h（轮询版，本课不调用，练习 P2.3 要用） ├── HARDWARE/LED/ ← LED 驱动：PC0~PC7 配成推挽输出，上电默认全灭 ├── HARDWARE/BEEP/ ← 蜂鸣器驱动（本课不用，练习 P2.4 会用到） ├── SYSTEM/ ← sys、delay（delay_ms 就在这里）、usart ├── HALLIB/ CORE/ ← HAL 库与启动文件（不用改） └── OBJ/ ← 编译输出（已加入 .gitignore，不进仓库）

下面是本课USER/main.c的完整代码（一个文件，一个现象）：

#include"sys.h"#include"delay.h"#include"usart.h"#include"led.h"/************************************************ 嵌入式技术应用设计实训 课时02 GPIO 输入与外部中断：按键 本文件基于正点原子 ALIENTEK NANO STM32F103 厂家例程（按键实验-HAL库版）改写。 例程版权归广州市星翼电子科技有限公司所有。 硬件（正点原子 STM32F103 Nano V1.3，全部板载，不用接线）： DS0~DS7（红色 LED） 接 PC0~PC7，低电平点亮 KEY0 接 PC8、KEY1 接 PC9、KEY2 接 PD2 —— 按下是低电平（芯片内上拉） WK_UP 接 PA0 —— 按下是高电平（芯片内下拉，唯一反相） 本课现象（只有一个）：按任意一个键，8 个 LED 在“全亮 / 全灭”之间翻转一次。 实现方式：外部中断（EXTI + NVIC）。中断只做两件事——判断抖动、翻转灯， 其余时间主循环什么都不干，等着中断来敲门。 两个必须记住的坑： 1) 中断里不能延时消抖（delay_ms 靠 SysTick，在中断里死等会把整个程序拖住）， 所以本课用“时间戳锁定”：200ms 内的重复触发直接丢掉。 2) 中断入口函数 EXTIx_IRQHandler 必须存在，否则中断触发了也进不来。 厂家这个例程是轮询版，没写这三个入口，本课把它们补在下面。 ************************************************//* ---------- LED：低电平点亮，PC0~PC7 对应 DS0~DS7（与课时01 写法一致） ---------- */#defineLED_ALL_OFF()HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,(uint16_t)0x00FF,GPIO_PIN_SET)/* 8 个灯全灭 */#defineLED_ALL_ON()HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,(uint16_t)0x00FF,GPIO_PIN_RESET)/* 8 个灯全亮 *//* ---------- 消抖：同一个键两次响应的最小间隔（毫秒），觉得太钝就改小 ---------- */#defineKEY_LOCK_MS200staticu8 all_on=0;/* 8 个灯当前的状态：0 = 全灭，1 = 全亮 *//* ------------------------------------------------------------------ 中断入口：Cortex-M3 的向量表按函数名找入口，名字写错 = 中断永远进不来 PA0 -> EXTI0 线 0 PD2 -> EXTI2 线 2 PC8 -> EXTI9_5 线 8、线 9 共用一个入口，所以一次要处理两个引脚 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler() 会清中断标志，再调用下面的 HAL_GPIO_EXTI_Callback() ------------------------------------------------------------------ */voidEXTI0_IRQHandler(void){HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);/* WK_UP */}voidEXTI2_IRQHandler(void){HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_2);/* KEY2 */}voidEXTI9_5_IRQHandler(void){HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9);/* KEY0 / KEY1 */}/* ------------------------------------------------------------------ 按键中断初始化：4 个按键全部配成“外部中断”模式 输入三步一样不能少：开时钟 -> 配模式（含上拉/下拉、触发边沿）-> 使能中断 注意 WK_UP 与另外三个相反：按下是高电平，所以配下拉 + 上升沿 ------------------------------------------------------------------ */staticvoidKEY_EXTI_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/* WK_UP 在 PA0 */__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();/* KEY0/KEY1 在 PC8/PC9 */__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();/* KEY2 在 PD2 *//* STM32F1 的 EXTI 引脚映射要经过 AFIO：HAL 库的 HAL_GPIO_Init() 看到 IT 模式时 已经替你开了 AFIO 时钟（stm32f1xx_hal_gpio.c 里那行 __HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE()）， 所以这里不用再写；写寄存器版时要自己开。 *//* KEY0(PC8)、KEY1(PC9)：按下是低电平 -> 上拉 + 下降沿 */GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_FALLING;GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH;HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_Initure);/* KEY2(PD2)：同上（沿用上面的结构体，只改引脚） */GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_2;HAL_GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_Initure);/* WK_UP(PA0)：按下是高电平 -> 下拉 + 上升沿，触发方式与上面相反 */GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0;GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING;GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN;HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);/* 使能 NVIC 通道：引脚号 -> EXTI 线号 -> 中断通道号，三段要一一对上 */HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,2,0);/* 线 0，WK_UP */HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(EXTI2_IRQn,2,0);/* 线 2，KEY2 */HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(EXTI9_5_IRQn,2,0);/* 线 5~9，KEY0/KEY1 都在这 */HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI9_5_IRQn);}/* ------------------------------------------------------------------ 中断回调：HAL 库里所有 EXTI 线最终都进这里 它在 HAL 里是“弱函数”，在 main.c 里重写一份就被调用（不用注册） 这里只干两件事：200ms 锁定消抖、翻转 8 个灯 ------------------------------------------------------------------ */voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){staticuint32_tlast_tick=0;/* 上一次响应的时间戳 */uint32_tnow=HAL_GetTick();/* 开机以来的毫秒数 */if(now-last_tick<KEY_LOCK_MS)return;/* 200ms 内再触发：判为抖动，丢掉 */last_tick=now;all_on=!all_on;/* 翻转状态 */if(all_on)LED_ALL_ON();elseLED_ALL_OFF();}intmain(void){HAL_Init();/* 初始化 HAL 库：顺便把 1ms 时基（HAL_GetTick）跑起来 */Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9);/* 系统时钟：倍频到 72MHz */delay_init(72);/* 初始化延时函数 */LED_Init();/* 初始化 LED：DS0~DS7（PC0~PC7） */KEY_EXTI_Init();/* 初始化 4 个按键的外部中断 */LED_ALL_OFF();/* 上电先全灭，按下第一个键就看到“全亮” */while(1){/* 主循环什么都不用做：按键一按，中断自己把 8 个灯翻转 （这就是中断的好处——CPU 不用一直盯着按键） */}}

代码里最值得盯住的 4 处：

三、实验操作与现象

3.1 接线与操作步骤

本课不用任何额外接线：LED、4 个按键都在板上（这点和课时01 一样，插上就能做）。

操作步骤：

1. Keil 打开工程：课时文档/代码/课时02-GPIO 输入与外部中断-按键/按键实验/USER/KEY.uvprojx
2. 选下载器：Options for Target → Debug → ST-Link Debugger → OK（课时00 已设过，换电脑要重设）
3. 看代码：确认main.c里的KEY_LOCK_MS是200（消抖锁定时间）
4. 编译：Build（F7），确认0 Error(s), 0 Warning(s)
5. 下载：Download（F8），确认Programming Done. Verify OK.
6. 按复位键 RST（或重新上电）：8 个灯全灭，程序就绪
7. 依次按 KEY0、KEY1、KEY2、WK_UP：每按一次，8 个灯在“全亮 / 全灭”之间翻转一次

3.2 观察到的现象

本课现象以随课视频演示为准（视频里会把 4 个按键各按几遍、再快速连按一遍），文档不逐条配截图；你自己做完请录一段或拍一张，作为提交物。

看不到现象怎么办（按最可能的原因排序）：

四、学生练习

课堂上按顺序做，一条一条改、一条一条看现象：

五、大作业（实验二：4按键控制 LED 亮灭）

本作业对应课程大纲里的实验二「4按键控制 LED 亮灭」，当堂完成、当堂验收；做不完的带回宿舍接着做，下次课开课先收。

5.1 任务书

把课上“任意一个键按下，8 个灯一起翻转”扩成“4 个键各管一个灯，按一下亮、再按一下灭”，4 个灯互不影响：

1. 必须用本课学的外部中断（EXTI + NVIC）实现，处理都在HAL_GPIO_EXTI_Callback()里
2. 每盏灯的状态要用变量记住（例如static u8 led_on[4];）——不要“读灯现在的电平再取反”，那是另一种写法，键与灯不是一对一的时候会立刻出错
3. 键与灯的对应：KEY0 → DS0、KEY1 → DS1、KEY2 → DS2、WK_UP → DS3；其余四个灯（DS4~DS7）保持全灭
4. 保留 200ms 锁定消抖，同一个键连按 10 次，该灯亮灭各 5 次
5. 编译输出0 Error(s), 0 Warning(s)

5.2 分步提示

1. 先想清“谁管谁”：GPIO_PIN_8（KEY0）→ 第 0 号灯，GPIO_PIN_9（KEY1）→ 第 1 号灯，GPIO_PIN_2（KEY2）→ 第 2 号灯，GPIO_PIN_0（WK_UP）→ 第 3 号灯
2. 回调里先认出是哪个键：用GPIO_Pin判断，得到一个序号n = 0~3
3. 用数组记状态：static u8 led_on[4] = {0, 0, 0, 0};，翻转led_on[n] = !led_on[n];
4. 按状态写电平：HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, (uint16_t)(1U << n), led_on[n] ? GPIO_PIN_RESET : GPIO_PIN_SET);——本板低电平点亮，别写反
5. 编译下载，4 个键各按两轮，确认互不干扰；再做 P2.2 那样的快速连按，确认不会多翻

HAL_GPIO_EXTI_Callback()改写后的样子（关键部分，其余保持课上代码不变）：

staticu8 led_on[4]={0,0,0,0};/* DS0~DS3 各自的状态：0 = 灭，1 = 亮 */voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){staticuint32_tlast_tick=0;uint32_tnow=HAL_GetTick();u8 n;if(now-last_tick<KEY_LOCK_MS)return;/* 消抖：200ms 内不重复响应 */last_tick=now;if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_8)n=0;/* KEY0 -> DS0 */elseif(GPIO_Pin==GPIO_PIN_9)n=1;/* KEY1 -> DS1 */elseif(GPIO_Pin==GPIO_PIN_2)n=2;/* KEY2 -> DS2 */elsen=3;/* WK_UP -> DS3 */led_on[n]=!led_on[n];/* 翻转这个灯的状态 */HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,(uint16_t)(1U<<n),led_on[n]?GPIO_PIN_RESET:GPIO_PIN_SET);/* 低电平点亮 */}

5.3 现象与验收标准

5.4 提交物

• 代码：课时文档/代码/课时02-GPIO 输入与外部中断-按键/按键实验/USER/main.c
• 现象：一段 20 秒以内的视频（4 个键各按两轮，能让老师看清“哪个键亮了哪个灯”），或按动前后的两张照片
• 一句话说明：“灯的状态记在哪个变量里？为什么不能靠读灯的电平再取反来做？”

六、本节小结与下节预告

本节把 GPIO 输入这条线完整走了一遍：4 个按键接在哪、按下是高还是低、为什么必须配上拉或下拉（KEY0/KEY1/KEY2 按下是低、WK_UP 按下是高），再用外部中断把它接到 CPU 上——HAL_GPIO_Init()配成GPIO_MODE_IT_FALLING/..._RISING、HAL_NVIC_EnableIRQ()放行通道、EXTIx_IRQHandler()当入口、HAL_GPIO_EXTI_Callback()干活，最后只剩一句“翻转 8 个灯”。三句话记住本课：电平配反了，现象就拧着来（按住才响应、或松手才翻）；中断有三段绑定（引脚号 → EXTI 线号 → NVIC 通道号），缺一段就是“编译没报错、按键没反应”；中断里要短，消抖用时间戳锁定，绝不在中断里delay_ms。下节进入串口通信：把板子里的信息打到电脑上看（USART + printf 重定向）。

本节函数与宏速查

附录

A. 怎么编译下载（照着做就能跑）

1. 上电接线：板子 USB 供电 → ST-Link 接 SWD 三根线（SWDIO / SWCLK / GND）→ ST-Link 插电脑 2. Keil 打开：课时文档/代码/课时02-GPIO 输入与外部中断-按键/按键实验/USER/KEY.uvprojx 3. 选下载器：Options for Target → Debug → ST-Link Debugger → OK 4. 看参数 ：main.c 开头的 #define KEY_LOCK_MS 200（消抖锁定时间，改小=响应快但容易多翻） 5. 编译 ：Build（F7），确认 0 Error(s), 0 Warning(s) 6. 下载 ：Download（F8），确认 Programming Done. Verify OK. 7. 复位 ：按 RST 键，8 个灯全灭；按任意一个键，8 个灯在全亮 / 全灭之间翻转

B. 本课代码

本课只改一个文件：课时文档/代码/课时02-GPIO 输入与外部中断-按键/按键实验/USER/main.c（完整代码见 2.2 节）。工程里其余文件都是厂家例程现成的，不用动：

C. 引脚对照表（贴在板子旁边用）

相关文档

• 课程大纲（课时02 在“一、基础外设开发模块”）
• 课程文档写作规范（0.1 教学环境约定）
• 上一课：课时01 GPIO 输出：跑马灯与蜂鸣器
• 下一课：课时03 串口通信：USART 收发与 printf