NodeMCU ESP8266 GPIO使用详解（图文并茂）

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。

由于作者能力有限，文章中难免存在错误和纰漏，请大胆指正，如果对于文章中存在疑惑或者问题，欢迎在评论区进行留言。

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