ESP32学习笔记（2）——GPIO接口使用

一、简介

ESP32 芯片有 40 个物理 GPIO pad。每个 pad 都可用作一个通用 IO，或连接一个内部的外设信号。IO_MUX、RTC IO_MUX 和 GPIO 交换矩阵用于将信号从外设传输至 GPIO pad。这些模块共同组成了芯片的 IO 控制。
注意：其中 GPIO 34-39 仅用作输入管脚，其他的既可以作为输入又可以作为输出管脚。
GPIO6-11通常用于SPI闪存。

1.1 官方资料

ESP-IDF 编程指南——GPIO&RTC GPIO
ESP32 技术参考手册——4 IO_MUX 和 GPIO 交换矩阵 (GPIO, IO_MUX)
gpio_example

1.2 包含头文件

#include "driver/gpio.h"

1.3 IO功能表

二、GPIO输出

2.1 引脚确定

我使用的是 ESP32-LyraT V4.3 开发板

有个 IO 口为 22 的绿色 LED 灯

2.2 简单方法

gpio_pad_select_gpio(GPIO_NUM_22);                // 选择一个GPIO
gpio_set_direction(GPIO_NUM_22, GPIO_MODE_OUTPUT);// 把这个GPIO作为输出
gpio_set_level(GPIO_NUM_22, 0);                   // 把这个GPIO输出低电平

2.3 结构体方法

#define GPIO_OUTPUT_IO_0    22
#define GPIO_OUTPUT_PIN_SEL  (1ULL<<GPIO_OUTPUT_IO_0)  // 配置GPIO_OUT位寄存器

void gpio_init(void)
{
    gpio_config_t io_conf;  // 定义一个gpio_config类型的结构体，下面的都算对其进行的配置

    io_conf.intr_type = GPIO_PIN_INTR_DISABLE;  // 禁止中断  
    io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT;            // 选择输出模式
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_OUTPUT_PIN_SEL; // 配置GPIO_OUT寄存器
    io_conf.pull_down_en = 0;                   // 禁止下拉
    io_conf.pull_up_en = 0;                     // 禁止上拉

    gpio_config(&io_conf);                      // 最后配置使能
}

gpio_set_level(GPIO_OUTPUT_IO_0, 0);            // 把这个GPIO输出低电平
gpio_set_level(GPIO_OUTPUT_IO_0, 1);            // 把这个GPIO输出高电平

2.4 LED灯闪烁

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"

void app_main(void)
{
    gpio_pad_select_gpio(GPIO_NUM_22);
    //gpio_init();
    /* Set the GPIO as a push/pull output */
    gpio_set_direction(GPIO_NUM_22, GPIO_MODE_OUTPUT);
    while(1) 
    {
        /* Blink off (output low) */
        printf("Turning off the LED\n");
        gpio_set_level(GPIO_NUM_22, 0);
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
        /* Blink on (output high) */
        printf("Turning on the LED\n");
        gpio_set_level(GPIO_NUM_22, 1);
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

三、GPIO输入

3.1 引脚确定

我使用的是 ESP32-LyraT V4.3 开发板

有个 IO 口为 36 的按键，SENSOR_VP--->GPIO36

3.2 简单方法

gpio_pad_select_gpio(GPIO_NUM_36);                 // 选择一个GPIO
gpio_set_direction(GPIO_NUM_36, GPIO_MODE_INPUT);  // 把这个GPIO作为输入
gpio_get_level(GPIO_NUM_36);

3.3 结构体方法

#define GPIO_INPUT_IO_0    36
#define GPIO_INPUT_PIN_SEL  (1ULL<<GPIO_INPUT_IO_0)  // 配置GPIO_IN位寄存器

void gpio_init(void)
{
    gpio_config_t io_conf;  // 定义一个gpio_config类型的结构体，下面的都算对其进行的配置

    io_conf.intr_type = GPIO_PIN_INTR_DISABLE;  // 禁止中断  
    io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT;             // 选择输入模式
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_INPUT_PIN_SEL;  // 配置GPIO_IN寄存器
    io_conf.pull_down_en = 0;                   // 禁止下拉
    io_conf.pull_up_en = 0;                     // 禁止上拉

    gpio_config(&io_conf);                      // 最后配置使能
}

gpio_get_level(GPIO_INPUT_IO_0, 0);            // 读取这个GPIO电平

3.4 轮询检测按键输入

500ms读取GPIO36的输入电平状态，并且打印出来！

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"

void app_main(void)
{
    gpio_pad_select_gpio(GPIO_NUM_36);
    //gpio_init();
    /* Set the GPIO as a push/pull output */
    gpio_set_direction(GPIO_NUM_36, GPIO_MODE_INPUT);
    while(1) 
    {
        printf(" Current Gpio36 Level is : %d \r\n\r\n",
                gpio_get_level(GPIO_NUM_36));

        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

查看打印：

四、GPIO中断

4.1 引脚确定

同上 3.1

4.2 触发方式

GPIO_INTR_DISABLE //禁用GPIO中断
GPIO_INTR_POSEDGE //GPIO中断类型：上升沿
GPIO_INTR_NEGEDGE //下降沿
GPIO_INTR_ANYEDGE //上升沿和下降沿
GPIO_INTR_LOW_LEVEL //输入低电平触发
GPIO_INTR_HIGH_LEVEL //输入高电平触发

4.2.1 简单方法

当使用启用睡眠模式的ADC或Wi-Fi时，请不要使用GPIO 36和GPIO 39的中断。

gpio_pad_select_gpio(GPIO_NUM_36);
gpio_set_direction(GPIO_NUM_36, GPIO_MODE_INPUT);
gpio_intr_enable(GPIO_NUM_36);
gpio_set_intr_type(GPIO_NUM_36, GPIO_INTR_NEGEDGE);
gpio_pullup_en(GPIO_NUM_36);

4.2.2 结构体方法

输入模式：不下拉，内部上拉！原因在于内部上拉，就是高电平短脚，可以检测到下降沿。

#define GPIO_INPUT_IO_0    36
#define GPIO_INPUT_PIN_SEL  (1ULL<<GPIO_INPUT_IO_0)  // 配置GPIO_IN位寄存器

void gpio_init(void)
{
    gpio_config_t io_conf;  // 定义一个gpio_config类型的结构体，下面的都算对其进行的配置

    io_conf.intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE;      // 下降沿触发
    io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT;             // 选择输入模式
    io_conf.pin_bit_mask = GPIO_INPUT_PIN_SEL;  // 配置GPIO_IN寄存器
    io_conf.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE;
    io_conf.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;    // 内部上拉

    gpio_config(&io_conf);                      // 最后配置使能
}

4.3 配置FreeRTOS任务和队列

注意：gpio_isr_handler中断回调函数是加载在IRAM_ATTR中，不能执行其他耗时操作，包括printf打印信息

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "driver/gpio.h"

#define ESP_INTR_FLAG_DEFAULT 0

static xQueueHandle gpio_evt_queue = NULL; //定义一个队列返回变量

void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg) 
{
    //把中断消息插入到队列的后面，将gpio的io参数传递到队列中
    uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}

void gpio_task(void* arg) 
{
    printf(" \r\n start gpio task ...\r\n  ");
    uint32_t io_num;
    for(;;)
    {
        //不断读取gpio队列，读取完后将删除队列
        if(xQueueReceive(gpio_evt_queue, &io_num, portMAX_DELAY))
        {
            printf("GPIO[%d] intr, val: %d\n", io_num, gpio_get_level(io_num));
        }
    }
}

void gpio_intr_init(void)
{
    // 注册中断服务
    gpio_install_isr_service(ESP_INTR_FLAG_DEFAULT);
    // 设置GPIO的中断回调函数
    gpio_isr_handler_add(GPIO_INPUT_IO_0, gpio_isr_handler, (void*) GPIO_INPUT_IO_0);
    // 创建一个消息队列，从中获取队列句柄
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    // 创建GPIO检测任务
    xTaskCreate(gpio_task         // 任务函数
            , "gpio_task_example" // 任务名字
            , 2048                // 任务堆栈大小
            , NULL                // 传递给任务函数的参数
            , 10                  // 任务优先级
            , NULL);              // 任務句柄
}

4.4 按键中断