ESP32學(xué)習(xí)筆記：GPIO數(shù)字輸入與數(shù)字輸出

今天我們來點燈。

多路復(fù)用器與GPIO矩陣

ESP32芯片有34個物理 GPIO Pad，每個Pad可以當(dāng)作通用IO，也可以當(dāng)作外設(shè)的引腳，GPIO 引腳通過非常復(fù)雜的 GPIO 矩陣互連，這基本上就是是一個多路復(fù)用器，我們可以非常靈活的選擇哪些GPIO引腳在內(nèi)部路由到哪個外設(shè)的信號，大家可以看下圖：

IO_MUX 中每個 GPIO pad 有一組寄存器。每個 pad 可以配置成 GPIO 功能(連接 GPIO 交換矩陣)或者 直連功能。

有一些高速信號如以太網(wǎng)、SDIO、SPI、JTAG、UART 等會旁路 GPIO 交換矩陣以實現(xiàn)更好的高頻數(shù)字特性。所以高速信號會直接通過 IO_MUX 輸入和輸出，這樣比使用 GPIO 交換矩陣的靈活度要低。

不同于STM32的簡單復(fù)用，ESP32的多路復(fù)用器，使設(shè)計人員可以靈活地更改芯片內(nèi)部的 GPIO 引腳連接并將其路由到任何信號，這樣硬件設(shè)計上，布線也方便的多。

通過 IO_MUX、GPIO 交換矩陣的外設(shè)輸入

通過 GPIO 交換矩陣輸出信號

ESP32還有18個 GPIO 管腳具有低功耗(低功耗 RTC)和模擬功能，這個我們后面設(shè)計到具體案例再細說。

完整管腳說明需要去參考的樂鑫官方《ESP32 技術(shù)規(guī)格書》

特別提醒

ESP32的IO12上電時的電平會決定外部flash的工作電壓，上電時該腳為高則認為flash工作于1.8V，為低則認為flash工作于3.3V。常用的模塊該腳內(nèi)部已下拉，即flash是工作于3.3V的，若外部使用強上拉模塊就可能工作異常了。

硬件連接

數(shù)字輸出功能

這里我們就以一個LED燈來演示，首先，我們需要在setup()中初始化對應(yīng)的IO在輸出模式，使用pinMode函數(shù)，第一個參數(shù)上對應(yīng)的IO序號，第二個是IO的模式

pinMode(4, OUTPUT);

然后可以通過digitalWrite()函數(shù)改變數(shù)字引腳的電平狀態(tài)，HIGH輸出高平，LOW輸出低電平

digitalWrite(4, HIGH); // 輸出高電平
digitalWrite(4, LOW);  // 輸出低電平

所有 ESP32 GPIO 引腳都可以在輸入或輸出模式下運行。引腳34-39只能用于輸入。還有其他一些引腳也有其它特性，這個我們現(xiàn)在也沒必要太糾結(jié)，用到的時候再去看就好了。

數(shù)字輸入功能

在輸入模式下，我們可以通過IO來讀取外部數(shù)字信號，我們這里用按鍵來表示。

跟輸出模式一樣，我們在setup()中初始化對應(yīng)的IO在輸入模式，也使用pinMode函數(shù)

pinMode(2, INPUT);

然后通過digitalRead(GPIO_pin)就可以讀取對應(yīng)IO的電平了。

代碼示例

下面的代碼我們定義了2個GPIO引腳。GPIO2用于按鍵輸入，GPIO4用于LED輸出。

初始化之后，我們在loop()中不斷的讀取按鍵的電平狀態(tài)，并賦值給LED，實現(xiàn)按鍵下去燈熄滅，松開燈點亮的效果。

#define LED_GPIO 4
#define BTN_GPIO 2
 
int BTN_State = 0; //按鍵狀態(tài)
 
void setup()
{
  pinMode(LED_GPIO, OUTPUT);
  pinMode(BTN_GPIO, INPUT);
}
 
void loop()
{
  // 讀取按鍵狀態(tài)
  BTN_State = digitalRead(BTN_GPIO);
  // 把按鍵狀態(tài)做為LED燈的輸出
  digitalWrite(LED_GPIO, BTN_State);
}

我們按照前面的教程編譯程序，刷入開發(fā)板，看下效果：

接下來我們用中斷的方式實現(xiàn)一下：

attachInterrupt(uint8_t pin, void ()(void), int mode)函數(shù)用來配置中斷功能：

• 參數(shù)一，GPIO引腳號
• 參數(shù)二，中斷回調(diào)函數(shù)
• 參數(shù)三，中斷觸發(fā)模式（RISING、FALLING、CHANGE等）

參數(shù)三這個可以設(shè)置各種模式，例如上升沿觸發(fā)，下降沿出發(fā)，任意沿觸發(fā)，電平信號等等模式。

我們用上面的例子改一下：

#define LED_GPIO 4
#define BTN_GPIO 2
 
int BTN_State = 0; //按鍵狀態(tài)

//中斷回調(diào)函數(shù)
void bt_callBack(void)
{
  BTN_State = digitalRead(BTN_GPIO); // 讀取按鍵狀態(tài)
  digitalWrite(LED_GPIO, BTN_State); // 把按鍵狀態(tài)做為LED燈的輸出
}
 
void setup()
{
  pinMode(LED_GPIO, OUTPUT); //LED輸出模式
  pinMode(BTN_GPIO, INPUT); //輸入上拉模式
  attachInterrupt(BTN_GPIO, bt_callBack, CHANGE); //使能中斷
}
 
void loop()
{  
}

主程序中不用做任何事情了，中斷檢測到有按鍵按下或松開（任意跳變沿），就會觸發(fā)執(zhí)行中斷回調(diào)函數(shù)，然后把結(jié)果在LED上輸出。

ESP32的GPIO外設(shè)相對其它單片機，功能還是略微復(fù)雜的，但是不管是SDK的開發(fā)還是Arduino方式，官方都幫我們寫好相應(yīng)的庫了，復(fù)雜的配置都已經(jīng)定義好了，我們直接調(diào)用即可，怎么樣，是不是非常簡單？