夜深人静学32系列10——GPIO中断/NVIC/EXTI/SYSCFG详解，外部中断控制LED-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了夜深人静学32系列10——GPIO中断/NVIC/EXTI/SYSCFG详解，外部中断控制LED。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

上期我们学习了GPIO驱动数码管/蜂鸣器/LED和按键等外设，本期我们一起来学习STM32中断的相关内容

什么是中断？

当CPU正在处理某个事件的时候，外界发生了紧急事件请求，CPU需要暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件，处理完之后，再次回到之前被中断的地方，继续执行原来的工作，这样的过程就叫做中断。

具体内容可以去看 “蓝桥杯单片机学习5——外部中断” ，我有详细的介绍过！

中断的意义

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中断的意义：高效处理紧急程序，不会一直占用CPU资源

GPIO外部中断的中断简图

在51单片机的学习中，我们了解过外部中断的相关概念，在STM32中，我们也有外部中断的概念
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不同于51单片机，要实现一个完整的外部中断，需要经历图上的四个步骤，下面我将详细的介绍每一个环节，首先我们从NVIC开始。

NVIC

什么是NVIC？

NVIC：Nested vectored interrupt controller，中文名称：嵌套向量中断控制器，属于内核（M3/4/7），最多可支持对256种（16个内核中断和240个外部中断）中断的控制，可设置256个中断优先级，允许厂商根据产品需要对其进行裁剪。

在我们的NANO板子中，使用了62个中断（10个内核中断+52个外部中断），最多支持16个优先级（使用4位中断优先级），

中断向量表

中断向量表就是在内存中定义了一段空间，以四字节对齐的方式，按照中断编号顺序存放每一个中断服务函数的首地址。

中断向量表定义在启动文件，当发生中断，CPU会判断中断源，通过中断向量表进入到对应的中断服务函数中。

以下是NANO板的中断向量表全部内容，在STM32F411参考手册的201~203页

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代码

__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
                DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler
                DCD     HardFault_Handler          ; Hard Fault Handler
                DCD     MemManage_Handler          ; MPU Fault Handler
                DCD     BusFault_Handler           ; Bus Fault Handler
                DCD     UsageFault_Handler         ; Usage Fault Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     SVC_Handler                ; SVCall Handler
                DCD     DebugMon_Handler           ; Debug Monitor Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     PendSV_Handler             ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler

                ; External Interrupts
                DCD     WWDG_IRQHandler                   ; Window WatchDog                                        
                DCD     PVD_IRQHandler                    ; PVD through EXTI Line detection                        
                DCD     TAMP_STAMP_IRQHandler             ; Tamper and TimeStamps through the EXTI line            
                DCD     RTC_WKUP_IRQHandler               ; RTC Wakeup through the EXTI line                       
                DCD     FLASH_IRQHandler                  ; FLASH                                           
                DCD     RCC_IRQHandler                    ; RCC                                             
                DCD     EXTI0_IRQHandler                  ; EXTI Line0                                             
                DCD     EXTI1_IRQHandler                  ; EXTI Line1                                             
                DCD     EXTI2_IRQHandler                  ; EXTI Line2                                             
                DCD     EXTI3_IRQHandler                  ; EXTI Line3                                             
                DCD     EXTI4_IRQHandler                  ; EXTI Line4                                             
                DCD     DMA1_Stream0_IRQHandler           ; DMA1 Stream 0                                   
                DCD     DMA1_Stream1_IRQHandler           ; DMA1 Stream 1                                   
                DCD     DMA1_Stream2_IRQHandler           ; DMA1 Stream 2                                   
                DCD     DMA1_Stream3_IRQHandler           ; DMA1 Stream 3                                   
                DCD     DMA1_Stream4_IRQHandler           ; DMA1 Stream 4                                   
                DCD     DMA1_Stream5_IRQHandler           ; DMA1 Stream 5                                   
                DCD     DMA1_Stream6_IRQHandler           ; DMA1 Stream 6                                   
                DCD     ADC_IRQHandler                    ; ADC1, ADC2 and ADC3s                            
                DCD     0                                 ; Reserved                                                
                DCD     0                                 ; Reserved                                               
                DCD     0                                 ; Reserved                                             
                DCD     0                                 ; Reserved                                               
                DCD     EXTI9_5_IRQHandler                ; External Line[9:5]s                                    
                DCD     TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler          ; TIM1 Break and TIM9                   
                DCD     TIM1_UP_TIM10_IRQHandler          ; TIM1 Update and TIM10                 
                DCD     TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQHandler     ; TIM1 Trigger and Commutation and TIM11
                DCD     TIM1_CC_IRQHandler                ; TIM1 Capture Compare                                   
                DCD     TIM2_IRQHandler                   ; TIM2                                            
                DCD     TIM3_IRQHandler                   ; TIM3                                            
                DCD     TIM4_IRQHandler                   ; TIM4                                            
                DCD     I2C1_EV_IRQHandler                ; I2C1 Event                                             
                DCD     I2C1_ER_IRQHandler                ; I2C1 Error                                             
                DCD     I2C2_EV_IRQHandler                ; I2C2 Event                                             
                DCD     I2C2_ER_IRQHandler                ; I2C2 Error                                               
                DCD     SPI1_IRQHandler                   ; SPI1                                            
                DCD     SPI2_IRQHandler                   ; SPI2                                            
                DCD     USART1_IRQHandler                 ; USART1                                          
                DCD     USART2_IRQHandler                 ; USART2                                          
                DCD     0                                 ; Reserved                                          
                DCD     EXTI15_10_IRQHandler              ; External Line[15:10]s                                  
                DCD     RTC_Alarm_IRQHandler              ; RTC Alarm (A and B) through EXTI Line                  
                DCD     OTG_FS_WKUP_IRQHandler            ; USB OTG FS Wakeup through EXTI line                        
                DCD     0                                 ; Reserved                  
                DCD     0                                 ; Reserved                 
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     0                                 ; Reserved                                   
                DCD     DMA1_Stream7_IRQHandler           ; DMA1 Stream7                                           
                DCD     0                                 ; Reserved                                             
                DCD     SDIO_IRQHandler                   ; SDIO                                            
                DCD     TIM5_IRQHandler                   ; TIM5                                            
                DCD     SPI3_IRQHandler                   ; SPI3                                            
                DCD     0                                 ; Reserved                                           
                DCD     0                                 ; Reserved                                           
                DCD     0                                 ; Reserved                   
                DCD     0                                 ; Reserved                   
                DCD     DMA2_Stream0_IRQHandler           ; DMA2 Stream 0                                   
                DCD     DMA2_Stream1_IRQHandler           ; DMA2 Stream 1                                   
                DCD     DMA2_Stream2_IRQHandler           ; DMA2 Stream 2                                   
                DCD     DMA2_Stream3_IRQHandler           ; DMA2 Stream 3                                   
                DCD     DMA2_Stream4_IRQHandler           ; DMA2 Stream 4
                DCD     0                                 ; Reserved  
                DCD     0                                 ; Reserved  
                DCD     0                                 ; Reserved                                              
                DCD     0                                 ; Reserved                                               
                DCD     0                                 ; Reserved                                               
                DCD     0                                 ; Reserved                                               
                DCD     OTG_FS_IRQHandler                 ; USB OTG FS                                      
                DCD     DMA2_Stream5_IRQHandler           ; DMA2 Stream 5                                   
                DCD     DMA2_Stream6_IRQHandler           ; DMA2 Stream 6                                   
                DCD     DMA2_Stream7_IRQHandler           ; DMA2 Stream 7                                   
                DCD     USART6_IRQHandler                 ; USART6                                           
                DCD     I2C3_EV_IRQHandler                ; I2C3 event                                             
                DCD     I2C3_ER_IRQHandler                ; I2C3 error                                             
                DCD     0                                 ; Reserved                     
                DCD     0                                 ; Reserved                       
                DCD     0                                 ; Reserved                         
                DCD     0                                 ; Reserved                                    
                DCD     0                                 ; Reserved  
                DCD     0                                 ; Reserved				                              
                DCD     0                                 ; Reserved
                DCD     FPU_IRQHandler                    ; FPU
                DCD     0                                 ; Reserved
		        DCD     0                                 ; Reserved
		        DCD     SPI4_IRQHandler                   ; SPI4
				DCD     SPI5_IRQHandler                   ; SPI5
                                         
__Vectors_End

NVIC寄存器

NVIC的相关寄存器主要包括以下几个：

寄存器	有效位数	数量	功能
中断使能寄存器（ISER）	32	8	每一个位控制一个中断使能
中断除能寄存器（ICER）	32	8	每一个位控制一个中断除能
中断挂起寄存器（ISPR）	32	8	每一个位控制一个中断挂起
中断解挂寄存器（ICPR）	32	8	每一个位控制一个中断解挂
中断活动位寄存器（IABP）	32	8	只读寄存器，每一个位对应一个中断的状态
中断优先级寄存器（IPR）	[7:4]	240	每一个寄存器对应一个中断的优先级
软件触发中断寄存器（STIR）	8	1	写入0~239，可直接触发对应中断
应用程序中断及复位控制寄存器（AIRCR）	[10:8]	1	设置中断优先级分组

中断使能寄存器：Interrupt set-enable registers (NVIC_ISERx)

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一共有8个这样的中断使能寄存器（8*32 = 256），可控制256个中断的使能，在对应位写入1可以使能对应的中断。

中断除能寄存器：Interrupt clear-enable registers (NVIC_ICERx)

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同样有8个这样的寄存器，功能与上面相反。

中断挂起寄存器：Interrupt set-pending registers (NVIC_ISPRx)

当产生了一个中断请求，但是CPU无法响应时（比如CPU在执行优先级更高的中断），中断挂起寄存器的对应位会被置1，知道中断执行相应的中断服务函数后清零（也可以手动清零，通过中断解挂寄存器）。
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有八个这样的寄存器，分别控制每一个中断的挂起。写入1时，挂起对应中断。

中断解挂寄存器：Interrupt clear-pending registers (NVIC_ICPRx)

有挂起寄存器，那么对应的就会有解挂寄存器。

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有八个这样的寄存器，分别控制每一个中断的解挂。写入1时，解挂对应中断。

中断活动位寄存器：Interrupt active bit registers (NVIC_IABRx)

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有8个这样的寄存器，为只读寄存器，如果某中断正在被执行或者被挂起则对应位为1，否则为0。通过这个寄存器我们可以便捷的观察每个中断的状态。

中断优先级寄存器:Interrupt priority registers (NVIC_IPRx)

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在STM32中一共有240个这样的寄存器。分别用来设置240个外部中断的优先级，每个寄存器的低八位用来设置优先级，其他位保留。前面提到过，我们的NANO板最多支持16个优先级设置，是因为NANO板中只用到了低八位中的[7:4]。其它的[3:0]保留，不做使用。

软件触发中断寄存器：Software trigger interrupt register (NVIC_STIR)

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这个寄存器很神奇，可以控制外部中断由软件触发，在寄存器的低八位写入0~239可以控制中断号为0 ~ 239的外部中断触发，进入中断服务函数。

应用程序中断及复位控制寄存器：Application interrupt and reset control register (AIRCR)

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这个寄存器不在NVIC的相关寄存器之中，但是关系到NVIC的中断优先级分组，所以我们需要了解。其位[10：8]控制NVIC的中断优先级分组。

需要注意的是，要对该寄存器实现写入，那必须在写入的同时对高16位写入0x5FA，否则写入会失败。

其他的位这里不做过多介绍。

NVIC工作原理

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以上是NVIC的具体中作原理，其中：

我们可以人为的控制外部中断的使能或失能，通过对不同中断的优先级及分组进行设置，控制CPU在面对多个中断时的相应顺序。
内核中断也叫NMI（不可屏蔽中断，优先级大于外部中断），可直接被CPU响应。

STM32中断优先级概念：

1，抢占优先级(pre)：高抢占优先级可以打断正在执行的低抢占优先级中断
2，响应优先级(sub)：当抢占优先级相同时，响应优先级高的先执行，但是不能互相打断
3，抢占和响应都相同的情况下，自然优先级越高的，先执行
4，自然优先级：中断向量表的优先级
5，数值越小，表示优先级越高

中断优先级分组

在NANO板中一个由五种优先级分组，具体如下：
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特别提示：一个工程中，一般只设置一次中断优先级分组。如果进行了多次优先级分组，则以最后一次设置的为准。

NVIC的使用

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以上就是NVIC的全部内容，下面我们来学习EXTI的相关内容

EXTI

EXTI基本概念

External(Extended) interrupt/event Controller，外部(扩展)中断事件控制器

外部中断/事件控制器包含多达 23 个用于产生事件/中断请求的边沿检测器。每根输入线都可单独进行配置，以选择类型（中断或事件）和相应的触发事件（上升沿触发、下降沿触发或边沿触发）。每根输入线还可单独屏蔽。挂起寄存器用于保持中断请求的状态线。

其中0 ~ 15的EXTI线分别对应GPIO0 ~ 15外部中断，其他的EXTI线与事件对应关系如下：

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主要特性

F1/F4/F7系列
每条EXTI线都可以单独配置：选择类型（中断或者事件）、触发方式（上升沿，下降沿或者双边沿触发）、支持软件触发、开启/屏蔽、有挂起状态位

H7系列
由其它外设对 EXTI 产生的事件分为可配置事件和直接事件。
可配置事件：简单概括，基本和F1/F4/F7系列类似
直接事件：固定上升沿触发、不支持软件触发、无挂起状态位（由其它外设提供）

中断和事件的理解：
中断：要进入NVIC，有相应的中断服务函数，需要CPU处理
事件：不进入NVIC，仅用于内部硬件自动控制的，如：TIM、DMA、ADC

EXTI工作原理

要了解EXTI的工作原理，我们首先要了解以下EXTI的相关寄存器。

中断屏蔽寄存器：Interrupt mask register (EXTI_IMR)

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对应位为0时屏蔽对应EXTI线上的中断请求。为1时开放对应EXTI线上的中断请求。

注意：

EXTI 线 19 连接到以太网唤醒事件

EXTI 线 20 连接到 USB OTG HS（在 FS 中配置）唤醒事件
由于我们的NANO不是互联型的开发板，所以不存在这两个EXTI线。默认保留[20:19]

事件屏蔽寄存器：Event mask register (EXTI_EMR)

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对应位为0时屏蔽对应EXTI线上的事件请求。为1时开放对应EXTI线上的事件请求。

上升沿触发选择寄存器：Rising trigger selection register (EXTI_RTSR)

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对应位为0表示该中断/事件上升沿不触发，为1则表示该中断/事件上升沿触发

下降沿触发选择寄存器：Falling trigger selection register (EXTI_FTSR)

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对应位为0表示该中断/事件下降沿不触发，为1则表示该中断/事件下降沿触发

软件中断事件寄存器：Software interrupt event register (EXTI_SWIER)

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对应位写入1可以将请求挂起寄存器EXTI_PD对应位置1，产生中断请求。
通过清除 EXTI_PR 的对应位（写入“1”），可以清除该位为“0”。

请求挂起寄存器：Pending register (EXTI_PR)

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对应位为1表示产生了中断请求
当在外部中断线上发生了选择的边沿事件，该位被置“1”。在此位中写入“1”可以清除它，也可以通过改变边沿检测的极性清除

以上就是EXTI的所有相关寄存器，下面我们来了解一下EXTI的具体工作原理：

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当外部输入线有信号进来或者软件中断事件寄存器对应为被置1时，边沿检测电路会对其进行检测，如果为对应的信号沿则相关信号触发沿选择寄存器对应位被置1，后通过中断/事件屏蔽寄存器选择，时产生中断还是产生信号，还是都不产生。

EXTI与IO映射关系

SYSCFG简介（F4/F7/H7）

System configuration controller，即系统配置控制器，用于外部中断映射配置等
通过寄存器SYSCFG_EXTICR1 ~ 4，配置EXTI中断线0~15对应具体哪个IO口。
具体配置方法如下：
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举个栗子：
SYSCFG_EXTICR1[11:8] = 0010 代表将PC2端口设置为外部中断模式。

EXTI和IO映射关系

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另外七根 EXTI 线连接方式如下：
● EXTI 线 16 连接到 PVD 输出
● EXTI 线 17 连接到 RTC 闹钟事件
● EXTI 线 18 连接到 USB OTG FS 唤醒事件
● 不连
● 不连
● EXTI 线 21 连接到 RTC 入侵和时间戳事件
● EXTI 线 22 连接到 RTC 唤醒事件

中断使用方法

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以上时EXTI的使用方法图解，下面为具体的流程：

在使用HAL库开发的过程中则只需要进行以下步骤

在STM32中EXTI5 ~ 9 共用一个中断服务函数，EXTI10 ~ 15 共用一个中断服务函数。

中断驱动方式

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HAL库中断回调处理机制

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在使用HAL库开发时，当断触发进入中断服务函数后，首先会调用HAL中断处理公用函数，负责清除对应的中断标志位，后调用中断回调函数，实现对不同中断源的处理。

实战1——外部中断控制LED亮灭

前面我们讲了一系列中断的相关内容，下面，我们来尝试以下通过外部中断，来控制LED亮灭。

任务要求

通过按键控制LED的亮灭，当按键按下时，LED的状态翻转
通过按键控制蜂鸣器的开关，
当蜂鸣器打开时，LED7亮起，否则熄灭

具体按键与功能关系如下：

按键	功能
WKUP	蜂鸣器开启，LED0状态翻转
KEY0	蜂鸣器关闭，LED1状态翻转
KEY1	LED2状态翻转
KEY2	LED3状态翻转
蜂鸣器开启	LED7打开，否则关闭

CubeMX配置

总体概览

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端口配置

1 . WKUP配置
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2.KEYX配置

3. LED/蜂鸣器配置

请参照： “ 夜深人静学32系列9——GPIO驱动数码管/蜂鸣器/按键/LED ”，这里不做介绍

4.NVIC配置 stm32gpio、usart、nvic,夜深人静学32系列,单片机,stm32,嵌入式硬件,学习,c语言

代码实现

1.中断服务函数

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn 0 */

  /* USER CODE END EXTI0_IRQn 0 */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(WKUP_Pin);
  /* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn 1 */

  /* USER CODE END EXTI0_IRQn 1 */
}

/**
  * @brief This function handles EXTI line2 interrupt.
  */
void EXTI2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN EXTI2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END EXTI2_IRQn 0 */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY2_Pin);
  /* USER CODE BEGIN EXTI2_IRQn 1 */

  /* USER CODE END EXTI2_IRQn 1 */
}

/**
  * @brief This function handles EXTI line[9:5] interrupts.
  */
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN EXTI9_5_IRQn 0 */

  /* USER CODE END EXTI9_5_IRQn 0 */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY0_Pin);
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(KEY1_Pin);
  /* USER CODE BEGIN EXTI9_5_IRQn 1 */

  /* USER CODE END EXTI9_5_IRQn 1 */
}

2.HAL库中断公用处理函数

void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
{
  /* EXTI line interrupt detected */
  if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != RESET)     //确认以及触发中断
  {
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);             //清除中断标志位
    HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);               //调用中断回调函数
  }
}

3.中断回调函数



//数据处理回调函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if(GPIO_Pin == WKUP_Pin )       //判断中断源为WKUP中断
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);    //改变LED0的状态
        HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin,GPIO_PIN_RESET);  //打开蜂鸣器
    }   
    if(GPIO_Pin == KEY0_Pin)        //判断中断源为KWY0中断
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);    //改变LED1状态
        HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin,GPIO_PIN_SET);    //关闭蜂鸣器
    }
    if(GPIO_Pin == KEY1_Pin )       //判断中断源为KWY1中断
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin);    //改变LED2状态
    }
    if(GPIO_Pin == KEY2_Pin)         //判断中断源为KWY2中断
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(LED3_GPIO_Port,LED3_Pin);   //改变LED3状态
    }
    if(HAL_GPIO_ReadPin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin) == 1)  //蜂鸣器开启，打开LED7
    {
        HAL_GPIO_WritePin(LED7_GPIO_Port,LED7_Pin,GPIO_PIN_SET);
    }
    if(HAL_GPIO_ReadPin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin) == 0)  //蜂鸣器关闭，关闭LED7
    {   
        HAL_GPIO_WritePin(LED7_GPIO_Port,LED7_Pin,GPIO_PIN_RESET);
    }
}