LPC1100 系列_7.系统定时器与中断管理

7. 系统定时器与中断管理

在嵌入式系统中，定时器和中断管理是非常重要的功能。定时器用于精确控制时间相关的任务，而中断管理则用于处理实时事件，确保系统响应及时且高效。本节将详细介绍如何在 LPC1100 系列单片机中使用系统定时器和管理中断。

7.1 系统定时器概述

LPC1100 系列单片机内置了多个定时器，其中系统定时器（SysTick）是 ARM Cortex-M0 核心的一部分。SysTick 定时器主要用于操作系统的时间管理，但也广泛用于其他需要精确时间控制的应用。

7.1.1 SysTick 定时器的特点

• 24位递减计数器：SysTick 定时器使用一个 24 位的递减计数器。
• 可编程的时钟源：默认情况下，SysTick 定时器使用系统时钟（System Clock）作为时钟源，但也可以选择外部时钟源。
• 中断功能：当计数器递减到 0 时，可以触发一个中断。
• 自动重载：计数器递减到 0 后，可以自动重载预设值，实现周期性中断。

7.1.2 SysTick 定时器的寄存器

SysTick 定时器有以下几个主要寄存器：

• SysTick Control and Status Register (STCTRL)：用于控制 SysTick 定时器的启用、中断使能和状态。
• SysTick Reload Value Register (ST_RELOAD)：用于设置计数器的重装载值。
• SysTick Current Value Register (ST_CURRENT)：用于读取当前计数器的值。
• SysTick Calibration Value Register (ST_CALIB)：用于读取时钟校准值，通常用于确定硬件时钟的精度。

7.1.3 SysTick 定时器的配置

配置 SysTick 定时器通常需要以下几个步骤：

1. 使能 SysTick 定时器：通过设置 STCTRL 寄存器的 ENABLE 位。
2. 设置重装载值：通过设置 ST_RELOAD 寄存器。
3. 使能中断：通过设置 STCTRL 寄存器的 TICKINT 位。
4. 选择时钟源：通过设置 STCTRL 寄存器的 CLKSOURCE 位。

7.1.4 SysTick 定时器的中断处理

SysTick 定时器的中断处理函数通常在启动文件中定义。在 startup_LPC11xx.s 文件中，可以找到 SysTick 中断向量的定义。

; SysTick_Handler
    .section .text
    .global SysTick_Handler
SysTick_Handler:
    ; 处理 SysTick 中断的代码
    ; 通常会调用一个 C 函数
    LDR R0, =SysTickHandler
    BX R0

在 main.c 文件中，可以定义 SysTickHandler 函数来处理 SysTick 中断。

7.1.5 SysTick 定时器的使用示例

以下是一个使用 SysTick 定时器实现每 1 秒触发一次中断的示例：

#include "LPC11xx.h"

// SysTick 中断处理函数
void SysTickHandler(void) {
   
   
    // 中断处理代码
    // 例如，每 1 秒切换一次 LED 状态
    LPC_GPIO0->FIOSET = (1 << 18);  // 设置 P0.18 引脚
    LPC_GPIO0->FIOCLR = (1 << 18);  // 清除 P0.18 引脚
}

// 配置 SysTick 定时器
void configureSysTick(void) {
   
   
    // 计算重装载值
    uint32_t reloadValue = (SystemCoreClock / 1000) - 1;  // 1ms

    // 设置重装载值
    SysTick->LOAD = reloadValue;
    // 清除当前值
    SysTick->VAL = 0;
    // 使能中断
    SysTick->CTRL |= (1 << 1);  // 设置 TICKINT 位
    // 选择时钟源
    SysTick->CTRL |= (1 << 2);  // 设置 CLKSOURCE 位
    // 使能 SysTick 定时器
    SysTick->CTRL |= (1 << 0);  // 设置 ENABLE 位
}

int main(void) {
   
   
    // 初始化 GPIO
    LPC_GPIO0->DIR |= (1 << 18);  // 设置 P0.18 引脚为输出

    // 配置 SysTick 定时器
    configureSysTick();

    while (1) {
   
   
        // 主循环
    }
}

7.1.6 SysTick 定时器的精度调整

SysTick 定时器的精度可以通过调整重装载值来实现。例如，如果需要实现更精确的时间控制，可以使用更高频率的时钟源或更小的重装载值。

7.1.7 SysTick 定时器的调试

调试 SysTick 定时器时，可以使用调试工具（如 JTAG 或 SWD）来查看 ST_CURRENT 寄存器的值，以确保计数器按预期递减。此外，可以通过在中断处理函数中添加调试信息来验证中断是否按时触发。

7.2 中断管理概述

LPC1100 系列单片机使用嵌套向量中断控制器（NVIC）来管理中断。NVIC 支持多个中断源，并可以配置每个中断的优先级和使能状态。

7.2.1 NVIC 的特点

• 多中断源：LPC1100 系列支持多个中断源，包括外部中断、定时器中断、UART 中断等。
• 可配置的优先级：NVIC 允许为每个中断源配置优先级，确保高优先级的中断优先处理。
• 中断使能和禁止：可以通过 NVIC 的寄存器来使能或禁止特定的中断源。
• 中断向量表：NVIC 使用一个中断向量表来管理中断向量，该表通常位于闪存或 RAM 中。

7.2.2 NVIC 的寄存器

NVIC 的主要寄存器包括：

• Interrupt Set-Enable Registers (ISER)：用于使能中断。
• Interrupt Clear-Enable Registers (ICER)：用于禁止中断。
• Interrupt Set-Pending Registers (ISPR)：用于手动设置中断挂起状态。
• Interrupt Clear-Pending Registers (ICPR)：用于清除中断挂起状态。
• Interrupt Priority Registers (IPR)：用于设置中断的优先级。
• Interrupt Control and State Register (ICSR)：用于控制和状态管理。

7.2.3 中断优先级配置

中断优先级可以通过 IPR 寄存器来配置。每个中断源的优先级由 3 位优先级字段表示，优先级数值越小，优先级越高。

7.2.4 中断使能和禁止

使能和禁止中断可以通过 ISER 和 ICER 寄存器来实现。例如，使能外部中断 0：

void enableExternalInterrupt0(void) {
   
   
    NVIC->ISER[0] = (1 << 0);  // 使能外部中断 0
}

禁止外部中断 0：

void disableExternalInterrupt0(void) {
   
   
    NVIC->ICER[0] = (1 << 0);  // 禁止外部中断 0
}

7.2.5 中断处理函数

中断处理函数通常在启动文件中定义，并在 main.c 文件中实现。例如，外部中断 0 的处理函数：

; EXTI0_IRQHandler
    .section .text
    .global EXTI0_IRQHandler
EXTI0_IRQHandler:
    ; 处理外部中断 0 的代码
    ; 通常会调用一个 C 函数
    LDR R0, =EXTI0Handler
    BX R0

在 main.c 文件中实现 EXTI0Handler 函数：

void EXTI0Handler(void) {
   
   
    // 外部中断 0 的处理代码
    // 例如，读取外部引脚的输入状态
    uint32_t pinState = LPC_GPIO0->FIOPIN & (1 << 0);  // 读取 P0.0 引脚状态
    if (pinState) {
   
   
        // 处理高电平
    } else {
   
   
        // 处理低电平
    }
}

7.2.6 中断优先级配置示例

以下是一个配置外部中断 0 的优先级为最高优先级的示例：

void configureInterruptPriority(void) {
   
   
    NVIC->IPR[0] = (0 << 5);  // 设置外部中断 0 的优先级为 0（最高优先级）
}

7.2.7 中断调试

调试中断时，可以使用调试工具来查看中断状态寄存器 ICSR 的值，以确保中断按预期触发。此外，可以在中断处理函数中添加调试信息来验证中断处理逻辑。

7.3 定时器中断应用

定时器中断在嵌入式系统中非常常见，用于实现周期性任务、延时功能、时间管理等。以下是一个使用定时器 0 实现周期性中断的示例。

7.3.1 定时器 0 的配置

定时器 0 的配置包括设置时钟源、预分频值、匹配值和中断使能。

#include "LPC11xx.h"

// 定时器 0 中断处理函数
void TIMER0_IRQHandler(void) {
   
   
    // 清除中断标志
    LPC_TMR32B0->IR = (1 << 0);  // 清除匹配中断标志

    // 中断处理代码
    // 例如，每 1 秒切换一次 LED 状态
    LPC_GPIO0->FIOSET = (1 << 18);  // 设置 P0.18 引脚
    LPC_GPIO0->FIOCLR = (1 << 18);  // 清除 P0.18 引脚