NodeMCU ESP8266 GPIO使用详解
前言
前面的文章中我们已经学习了如何点亮一个LED灯，在嵌入式的世界里，这个相当于我们初学一门编程语言，写下的Hello World程序。
为了让LED闪烁，我们需要操作芯片的GPIO，这是硬件最底层的概念，只不过Arduino的编程中，底层的库函数已经为我们做好了硬件的封装，只要调用相应的API接口就对GPIO进行操作。
如果是更纯粹的单片机开发，我们可能还需要读写各种寄存器，通常这些会出现在单片机的裸机代码或者驱动程序中。
我们在嵌入式开发的过程中，也有必要学习和了解GPIO的相关硬件知识和概念，下面我们会进一步学习。
什么是GPIO？
GPIO叫通用输入输出（General Purpose Input Output），它在集成电路中扮演着非常重要的角色；
- 可以读取输入信号；
- 可以输出信号；
- 接收外部的中断信号；
在NodeMCU ESP8266上的GPIO，简单整理了一下，具体如下所示；
| 开发板的引脚名称 | ESP8266 内部引脚名称 |
|---|---|
| D0 | GPIO16 |
| D1 | GPIO5 |
| D2 | GPIO4 |
| D3 | GPIO0 |
| D4 | GPIO2 |
| D5 | GPIO14 |
| D6 | GPIO12 |
| D7 | GPIO13 |
| D8 | GPIO15 |
| D9/RX | GPIO3 |
| D10/TX | GPIO1 |
| D11/SD2 | GPIO9 |
| D12/SD3 | GPIO10 |
再复杂一点的话，会有特定时序的信号，比如串口，I2C总线，SPI等等；
GPIO 的使用
GPIO模式通常分为以下几种；
- 输出模式；
- 输入模式；
- 模拟模式；
- 功能复用模式；
前面小节中有实现用GPIO让LED闪烁的代码，具体如下所示；
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(2, OUTPUT);
digitalWrite(2,LOW);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
delay(2000);
digitalWrite(2,LOW); // 2 表示D2/GPIO4 开发板上连接的是LED
delay(2000);
digitalWrite(2,HIGH);
}
GPIO模式
下面是Arduino.h头文件中定义的几种GPIO模式，基本上是输出和输入两种模式，通常在嵌入式的开发中还有复用模式以及高阻抗的状态，下面我们先介绍输入和输出模式的几种情况，具体定义如下所示；
#define INPUT 0x00
#define INPUT_PULLUP 0x02
#define INPUT_PULLDOWN_16 0x04 // PULLDOWN only possible for pin16
#define OUTPUT 0x01
#define OUTPUT_OPEN_DRAIN 0x03
通常我们要看一下芯片的用户手册；举个例子，看一下相应的GPIO是否支持内部上拉或者内部下拉的输入；上述代码中，我可以使用pinMode函数来指定具体的GPIO的工作模式。
下面我们进一步介绍，会涉及到一些硬件方面的知识，遇到相关不懂的概念，可以先记下来，后面慢慢消化。
作为输出
下面的函数可以让D2接口作为默认输出输出，具体的输出模式需要参考用户手册，一般来说是推挽输出模式；
pinMode(2,OUTPUT);
下面的函数可以让D2接口作为开漏输出模式，具体如下所示；
pinMode(2,OUTPUT_OPEN_DRAIN);
这种输出模式有个特点就是可以输出低电平，但是不能输出高电平，通常要在外部增加上拉电阻。
这里已经设置了输出的模式，如何输出就需要用函数digitalWrite(GPIO, STATE);
-
GPIO：具体的引脚； -
STATE：具体的输出状态，通常是HIGH和LOW；
输出高电平
将D2硬件接口输出为高电平，具体如下所示；
digitalWrite(2, HIGH);`
输出低电平
将D2硬件接口输出为低电平，具体如下所示；
digitalWrite(2, LOW);`
作为输入
将D2硬件接口输出设置为输入模式，具体如下所示；
pinMode(2, INPUT);
上拉输入
将D2硬件接口设置为上拉输入模式，具体如下所示；
pinMode(2, INPUT_PULLUP);
下拉输入
将D2硬件接口设置为下拉输入模式，具体如下所示；
pinMode(2, INPUT_PULLDOWN_16);
读取输入值
读取相应的硬件引脚上的状态需要用到函数digitalRead()，函数原型如下；
extern int digitalRead(uint8_t pin) __attribute__ ((weak, alias("__digitalRead"), nothrow));
将D2硬件接口的状态读取到变量 pinState 中，高电平返回1，低电平返回0，具体如下所示；
pinState = digitalRead(2);
总结
本文简单介绍GPIO的一些基本概念，以及NodeMCU ESP8266 基于 Arduino接口的GPIO函数操作。
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