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用STM32实现轮询IO

2025/07/21に公開

 轮询IO是什么？轮询IO是一种通过定时轮询的方式来控制输入或输出的技术。

简单来说，就是按照固定的时间间隔，读取DI或者写入DO端口。MCU（微控制器）会持续不断地进行这些操作。这种方法在工业设备的IO板卡中非常常见。

之前我写过一篇关于如何用Arduino实现轮询IO的文章，这次就来聊聊用STM32该怎么做。毕竟，Arduino大多是用在开发板和学习阶段，真正的产品里还是STM32这种芯片更常见。

 控制流程简介我们先简单说说轮询IO的基本实现流程。

在嵌入式开发中，一般都会在主函数里写一个死循环（while(1)），然后在循环中定期执行一些任务，比如IO更新。
想要实现轮询IO，通常需要准备以下几个部分：
软件定时器
定时器超时检查函数
IO更新函数
设置定时器的函数
在主循环中，我们会不断检查定时器是不是到时间了。

如果超时了，就执行一次IO更新，然后重新设置定时器，等待下一次轮询。

 定时器中断配置首先，我们需要准备一个用于驱动的软件定时器。

在STM32中，实现软件定时器的前提是配置定时器中断。

本示例中，我们将设置定时器每100微秒触发一次中断。
TIM2的时钟源为APB1总线的时钟。

以下是基于84 MHz时钟源配置定时器，使其每100 µs触发一次中断的设置截图：



 软件定时器的实现接下来我们用这个中断来驱动软件定时器。

至于变量的位数，根据你要计的最长时间决定就好。我这里图方便，直接用了一个32位变量。
我们需要两个函数：
一个用于初始化定时器变量
一个在中断中递减它的值
#define USER_TIMER_NUM 1

uint32_t u_timer[USER_TIMER_NUM] = {0};

/**
  * @brief  Timer tick handler for polling-based user timers
  * @param  none
  * @retval none
  * @note   Decrements all user timers and increments the cycle timer
  *         This function is called every time when TIM2 interrupt occurs
  */
void user_timer()
{
    uint8_t i;
    
    for(i = 0; i < USER_TIMER_NUM; i++){
        if(u_timer[i] > 0){
            u_timer[i] = u_timer[i] - 1;
        }
    }
}
另外，我们还需要两个配套函数，一个用于检查定时器是否超时，一个是设置定时器倒计时：
#define TIME_UP 0
#define TIMER_NO0 0
#define TIME_1MS 10

extern void user_timer();
extern uint32_t user_timer_check(uint8_t Timer_No);
extern void user_timer_set(uint8_t Timer_No, uint32_t time);
/**
  * @brief  Get remaining time of the specified user timer
  * @param  timer_no Index of the timer (0 to USER_TIMER_NUM-1)
  * @retval uint32_t Remaining time in units of 100 µs
  * @note   Returns remaining time of specified timer
  */
uint32_t user_timer_check(uint8_t timer_no)
{
    return u_timer[timer_no];
}

/**
  * @brief  Set a specific software timer
  * @param  timer_no Index of the timer (0 to USER_TIMER_NUM-1)
  * @param  time     Countdown time to set (unit: 100 µs)
  * @retval none
  */
void user_timer_set(uint8_t timer_no, uint32_t time)
{
    u_timer[timer_no] = time;
}
最后，需要在TIM2的中断服务函数中调用 user_timer()，并别忘了清除中断标志位：
/**
  * @brief This function handles TIM2 global interrupt.
  */
void TIM2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 0 */
  if(LL_TIM_IsActiveFlag_UPDATE(TIM2)){
    LL_TIM_ClearFlag_UPDATE(TIM2);
    user_timer();
  }

  /* USER CODE END TIM2_IRQn 0 */
  /* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 1 */

  /* USER CODE END TIM2_IRQn 1 */
}

 IO更新函数接下来就是实际的IO更新函数了。
为了让软件更好写，我在电路设计时特意把MCU的GPIO位顺序，跟上位机看到的一致。

所以在软件上，我就用LL库来直接控制寄存器，没用HAL库（当然这看个人喜好啦）。

电路是低电平有效，所以读取的时候还要做位反转。
#define DI_REG_NUM 1

uint16_t di_reg[DI_REG_NUM] = {0};

/**
  * @brief  IO update
  * @param  none
  * @retval none
  * @note   Update IO data and calculate actual cycle time of this period.
  *         This function is executed by every 1ms
  */
void io_update()
{
    if(user_timer_check(TIMER_NO0) == TIME_UP){
        read_di();
        user_timer_set(TIMER_NO0, TIME_1MS);
    }
}

/**
  * @brief  Read DI from MCU
  * @param  none
  * @retval none
  * @note   chattering eliminator period 1ms,
  *         If previous data and current data is different,
  *         it is defined as chattering.
  *         In that case, do not update DI data.
  */
void read_di()
{
    uint8_t i;

    // Read di port. All di ports are low-active, so bit inversion is necessary
    di_reg[0] = ~(uint8_t)(LL_GPIO_ReadInputPort(GPIOA));
}
由于 io_update() 需要在主循环中调用，请务必在 gpio.h 中声明该函数：
extern void io_update();

 主函数在主函数的 while(1) 循环里加上 io_update()，整个IO轮询流程就算完成了：
while(1){
    io_update();
}
这样就能做到每1ms更新一次IO状态了。

 轮询IO的实际应用轮询IO其实在工业控制场景中很常见，特别是一些对响应时间要求不是特别高的IO板。
它的优点也很明显：
实现简单，不用太多花里胡哨的逻辑
就算是便宜的、性能不高的MCU也能轻松胜任
像传感器、阀门这种设备对响应时间要求不高，没必要频繁更新
而且中断虽然延迟低，但实现稍微复杂一些，轮询在这方面就简单多了。
所以如果你是搞嵌入式开发的，或者是学生准备参加机器人比赛，建议你一定要掌握轮询IO这种最基本的实现方法。后面无论做什么平台，都会用得上！

轮询IO是什么？

控制流程简介

定时器中断配置

软件定时器的实现

IO更新函数

主函数

轮询IO的实际应用

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