[基礎篇]ESP8266-SDK教程(四)之GPIO操作(按鍵、LED、中斷、定時器)

本篇文章我們再回到基礎篇，難道你還以為我會講UDP？啊哈哈哈，UDP肯定是會講的，但是應用場景不是很多，我們放到后面再講，不過也是簡單一講，畢竟熟悉UDP協(xié)議的人來說，都知道UDP一種不可靠的傳輸協(xié)議，可以這樣形容“我(Client)只管發(fā)，你(Server)愛收不收”，所以在一些實際應用場景中是不多見的，大多數(shù)時候我們還是要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑴蚀_性！好了，不多扯了，開始今天的簡單卻很重要的知識學習~

我們先來了解一下什么是GPIO吧，雖然經(jīng)常說GPIO，但是你有沒有真正的去深入了解一下呢？隨著知識的不斷積累，有些時候去深入的了解某些東西，會讓你有很多新的收獲。

  • 什么是GPIO

簡單來說就是通用輸入輸出端口，英文全稱：General Purpose Input Output。通俗地說，就是一些引腳，可以通過它們輸出高低電平，或者通過它們讀入引腳的狀態(tài)是高電平或是低電平。GPIO是個比較重要的概念，用戶可以通過GPIO口和硬件進行數(shù)據(jù)交互(如UART)，控制硬件工作(如LED、蜂鳴器等),讀取硬件的工作狀態(tài)信號（如中斷信號）等。

  • GPIO的八種模式

這里說的八種模式并不是指ESP8266的八種模式，據(jù)我所知ESP8266的GPIO口并沒有這么多模式，這里給大家說的是STM32 GPIO的八種模式，STM32單片機的八種模式相對來說是非常全的了，我們這里可以了解一下。

  1. 模擬輸入(GPIO_Mode_AIN)
  2. 浮空輸入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)
  3. 下拉輸入(GPIO_Mode_IPD)
  4. 上拉輸入(GPIO_Mode_IPU)
  5. 開漏輸出(GPIO_Mode_Out_OD)
  6. 推挽輸出(GPIO_Mode_Out_PP)
  7. 復用開漏輸出(GPIO_Mode_Out_PP)
  8. 復用推挽輸出(GPIO_Mode_AF_PP)

這里就不再詳細展開敘述了，因為要把這八種模式都搞明白，一兩句話是說不完了，有時間在跟大家分享。

  • GPIO可以用來做什么

我們?nèi)W一個東西，最重要是知道這個東西可以做什么，最終要落實到實際使用嘛，如果這個GPIO沒有實際使用價值，那我們也肯定不會去好好琢磨它了，簡單來說，實際使用場景非常多，比如我們常見的只有開關狀態(tài)的電子器件都可以用GPIO控制，或者間接使用GPIO去控制，舉個栗子！LED燈，納尼?怎么老是說一些跟燈有關的東西，啊哈哈哈哈，因為我還是比較喜歡閃閃發(fā)光的小玩意，我們都知道燈只有兩種狀態(tài)，開或者關(不要跟我講還有壞了這種狀態(tài)！)，開跟關的狀態(tài)其實就是有無電流經(jīng)過它，而有無電流經(jīng)過LED，最重要的是LED兩端要有一個電壓差，所以我們可以讓某一個管腳輸出高電平，這樣就會在LED兩端形成一定的電壓差，自然而然的燈就亮了，大家可以暫時這么理解(這里只是講給不怎么懂電子的人的~)。又比如還可以控制繼電器、還可以獲取按鍵狀態(tài)，復雜一點的還可以模擬I2C總線，總之GPIO是很通用，但是也是非常重要的！

  • ESP8266GPIO接口函數(shù)

其實單就ESP8266的GPIO口操作來說，我起初是很不適應的，如果你之前接觸的是STM32單片機開發(fā)的話，你會感到不適應，但是慢慢的熟悉一下，會發(fā)現(xiàn)其實很簡單，所以學習最重要的是摒棄固有思維，要能夠思維活躍一些。我們先看一下手冊當中對GPIO接口的說明，只有這個讀懂了，我們才能更好的去使用它。

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我這里把幾個常用的給圈出來了，基本上我們使用這幾個就足夠了，GPIO中斷這塊大家可以好好看一下，有時候我們會用到外部中斷的，我們使用管腳去控制一個LED燈的基本流程就是先PIN_FUNC_SELECT(PIN_NAME, FUNC)，然后就可以輸出高低電平或者設置為輸入，或者去讀取管腳狀態(tài)，但是有一點我們需要注意的就是gpio16這個管腳，在官方的技術參考手冊中有說明，給大家截圖看一下：

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什么意思呢？就是gpio16這個管腳不是GPIO這一伙里，使用它人家有自己的接口函數(shù)，不跟其他管腳使用同樣的接口函數(shù)，這里大家需要注意一些，那么為什么這個管腳這么特殊呢？其實主要時為了低功耗，要知道Wi-Fi的功耗是很大，但是我們?nèi)绻肊SP8266做一些便攜的設備，靠電池供電是不足以支撐很久的，所以在它沒有什么事情的時候，我們需要它進入睡眠模式，這時候整個芯片會關閉除RTC以外的所有模塊，此時工作電流是在μA級別，可以說是非常省電的，下面我們看一下官方是如何介紹的低功耗模式：

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可以看出在深度睡眠模式下功耗是極低的，所以我們是可以利用ESP8266做一些可穿戴設備的，但是戴著出去的時候，我們要去連接哪一個Wi-Fi呢？這是很值得思考的，很顯然不能手機開熱點，那樣我們手機的功耗可就大大提高了，不過最近據(jù)說有家國內(nèi)公司叫連尚網(wǎng)絡的公司發(fā)布了自家的Wi-Fi衛(wèi)星，據(jù)說明年將會搭載長征系列火箭升空，估計到那時候可穿戴Wi-Fi設備才有真正的應用場景，目前還是基于BLE的居多。詳情戳卡片：

連尚Wi-Fi衛(wèi)星

我們看一下三種模式睡眠模式的功耗對比吧！

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不對，好像又有點扯多了？怎么睡眠模式又寫了這么多，好吧，轉(zhuǎn)回正題，大家對低功耗感興趣的話可以留言，改天我單獨整理一篇文章詳細介紹一下，要是沒有那就先不整理了，啊哈哈哈哈~

我們正式開始我們的點燈、按鍵點燈、定時器點燈等點燈之旅，不過還有個問題，我們這里如果是使用的NodeMCU(默認大家是使用的NodeMCU)話，我們還需要了解一下管腳定義，因為NodeMCU采用的管腳命名與ESP8266的默認管腳命名是不一樣的，所以我們需要對應起來，直接給大家上個圖片看一下，建議大家收藏一下，省的以后找起來麻煩。

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話不多說？上代碼？得嘞，客官您里邊請~

/************************
 *   STATIC VARIABLES   *
 ************************/
os_timer_t blue_led_timer;
os_timer_t key_read_timer;

/************************
 *   STATIC FUNCTIONS   *
 ************************/

/**
 * LED定時反轉(zhuǎn)函數(shù)，1s狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次
 */
static void ICACHE_FLASH_ATTR
blue_led_timer_toggle(void){
    os_timer_disarm(&blue_led_timer);//取消定時器
    uint32 status = GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(2));//獲取藍燈管腳狀態(tài)
    GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(2),!status);//取反實現(xiàn)藍燈管腳電平反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)亮滅操作
    os_timer_arm(&blue_led_timer, 1000, true);//使能定時器
}

/**
 * 按鍵定時狀態(tài)讀取函數(shù)，10ms獲取一次按鍵狀態(tài)
 */
static void ICACHE_FLASH_ATTR
key_read_value(void){
    os_timer_disarm(&key_read_timer);//取消定時器
    if(GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(14)) == 0x00){//如果按鍵按下，低電平
        os_delay_us(20000);//延時20ms消抖
        if(GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(14)) == 0x00){//再次判斷狀態(tài)，防止誤觸
            uint32 status = GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(4));//獲取當前管腳狀態(tài)
            GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4),!status);//取反實現(xiàn)管腳電平反轉(zhuǎn)
            while(GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(14)));//等待按鍵松開
        }
    }
    os_timer_arm(&key_read_timer, 10, true);//使能定時器
}

/**
 *按鍵中斷服務函數(shù)，高電平觸發(fā)
 */
static void ICACHE_FLASH_ATTR
key_intr_handler(void){
    uint32 gpio_status = GPIO_REG_READ(GPIO_STATUS_ADDRESS);//讀取GPIO寄存器狀態(tài)，獲取中斷信息
    uint8 level = 0;
    GPIO_REG_WRITE(GPIO_STATUS_ADDRESS,gpio_status);//清楚中斷信息
    if(gpio_status & (BIT(15))){//判斷是否是gpio15
        if(GPIO_INPUT_GET(15)){//如果是高電平
            GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(5),0);//熄滅紅燈
            GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(12),1);//熄滅黃燈
            GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4),0);//熄滅綠燈
            GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(2),0);//熄滅藍燈
            os_timer_disarm(&key_read_timer);//取消按鍵定時器
            os_timer_disarm(&blue_led_timer);//取消藍燈定時反轉(zhuǎn)定時器
        }else{//如果是低電平
            //不做處理
        }
    }else{//如果不是gpio15
        //不做處理
    }
}

/************************
 *   GLOBAL FUNCTIONS   *
 ************************/
void ICACHE_FLASH_ATTR
gpio_test(void){

    gpio_init();//初始化GPIO

    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO5_U,FUNC_GPIO5);//紅燈
    GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(5),1);//高電平點亮，常亮

    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTDI_U,FUNC_GPIO12);//黃燈
    GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(12),0);//低電平點亮，常亮

    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO2_U,FUNC_GPIO2);//藍燈
    os_timer_disarm(&blue_led_timer);
    os_timer_setfn(&blue_led_timer, (os_timer_func_t *) blue_led_timer_toggle,NULL);//定時回調(diào)函數(shù)
    os_timer_arm(&blue_led_timer, 1000, true);//設置時間為1s

    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO4_U,FUNC_GPIO4);//綠燈，按鍵觸發(fā)，反轉(zhuǎn)
    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTMS_U,FUNC_GPIO14);//按鍵
    GPIO_DIS_OUTPUT(GPIO_ID_PIN(14));//按鍵設置為輸入模式
    PIN_PULLUP_EN(PERIPHS_IO_MUX_MTMS_U);//引腳上拉使能
    os_timer_disarm(&key_read_timer);
    os_timer_setfn(&key_read_timer, (os_timer_func_t *) key_read_value,NULL);//定時回調(diào)函數(shù)
    os_timer_arm(&key_read_timer, 10, true);//設置時間為10ms

    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTDO_U,FUNC_GPIO15);//中斷按鍵
    GPIO_DIS_OUTPUT(GPIO_ID_PIN(15));//設置為輸入模式
    PIN_PULLUP_DIS(PERIPHS_IO_MUX_MTDO_U);//下拉使能
    ETS_GPIO_INTR_DISABLE();//禁止所有GPIO中斷
    ETS_GPIO_INTR_ATTACH((void *)key_intr_handler,NULL);//注冊GPIO中斷處理函數(shù)
    gpio_pin_intr_state_set(GPIO_ID_PIN(15),GPIO_PIN_INTR_HILEVEL);//設置高電平觸發(fā)中斷
    ETS_GPIO_INTR_ENABLE();//使能所有GPIO中斷

}

代碼不是很多，都有注釋，大家可以自己看一下，最后我們來看一下實際運行效果，請原諒我這不標準的普通話，應該不用給大家加字幕吧？啊哈哈哈，請大家諒解~

視頻還在找托管方~

再附上一張手畫原理圖，電路連接相對簡單，就簡單一畫，應該很好看懂的。

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源碼可以在這里下載：

makingfunxyz-esp8266

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