[基础篇]ESP8266-SDK教程(四)之GPIO操作(按键、LED、中断、定时器)
本篇文章我们再回到基础篇，难道你还以为我会讲UDP？啊哈哈哈，UDP肯定是会讲的，但是应用场景不是很多，我们放到后面再讲，不过也是简单一讲，毕竟熟悉UDP协议的人来说，都知道UDP一种不可靠的传输协议，可以这样形容“我(Client)只管发，你(Server)爱收不收”，所以在一些实际应用场景中是不多见的，大多数时候我们还是要保证数据传输的可靠性，准确性！好了，不多扯了，开始今天的简单却很重要的知识学习~
我们先来了解一下什么是GPIO吧，虽然经常说GPIO，但是你有没有真正的去深入了解一下呢？随着知识的不断积累，有些时候去深入的了解某些东西，会让你有很多新的收获。
- 什么是GPIO
简单来说就是通用输入输出端口，英文全称：General Purpose Input Output。通俗地说，就是一些引脚，可以通过它们输出高低电平，或者通过它们读入引脚的状态是高电平或是低电平。GPIO是个比较重要的概念，用户可以通过GPIO口和硬件进行数据交互(如UART)，控制硬件工作(如LED、蜂鸣器等),读取硬件的工作状态信号（如中断信号）等。
- GPIO的八种模式
这里说的八种模式并不是指ESP8266的八种模式，据我所知ESP8266的GPIO口并没有这么多模式，这里给大家说的是STM32 GPIO的八种模式，STM32单片机的八种模式相对来说是非常全的了，我们这里可以了解一下。
- 模拟输入(GPIO_Mode_AIN)
- 浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)
- 下拉输入(GPIO_Mode_IPD)
- 上拉输入(GPIO_Mode_IPU)
- 开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)
- 推挽输出(GPIO_Mode_Out_PP)
- 复用开漏输出(GPIO_Mode_Out_PP)
- 复用推挽输出(GPIO_Mode_AF_PP)
这里就不再详细展开叙述了，因为要把这八种模式都搞明白，一两句话是说不完了，有时间在跟大家分享。
- GPIO可以用来做什么
我们去学一个东西，最重要是知道这个东西可以做什么，最终要落实到实际使用嘛，如果这个GPIO没有实际使用价值，那我们也肯定不会去好好琢磨它了，简单来说，实际使用场景非常多，比如我们常见的只有开关状态的电子器件都可以用GPIO控制，或者间接使用GPIO去控制，举个栗子！LED灯，纳尼?怎么老是说一些跟灯有关的东西，啊哈哈哈哈，因为我还是比较喜欢闪闪发光的小玩意，我们都知道灯只有两种状态，开或者关(不要跟我讲还有坏了这种状态！)，开跟关的状态其实就是有无电流经过它，而有无电流经过LED，最重要的是LED两端要有一个电压差，所以我们可以让某一个管脚输出高电平，这样就会在LED两端形成一定的电压差，自然而然的灯就亮了，大家可以暂时这么理解(这里只是讲给不怎么懂电子的人的~)。又比如还可以控制继电器、还可以获取按键状态，复杂一点的还可以模拟I2C总线，总之GPIO是很通用，但是也是非常重要的！
- ESP8266GPIO接口函数
其实单就ESP8266的GPIO口操作来说，我起初是很不适应的，如果你之前接触的是STM32单片机开发的话，你会感到不适应，但是慢慢的熟悉一下，会发现其实很简单，所以学习最重要的是摒弃固有思维，要能够思维活跃一些。我们先看一下手册当中对GPIO接口的说明，只有这个读懂了，我们才能更好的去使用它。
我这里把几个常用的给圈出来了，基本上我们使用这几个就足够了，GPIO中断这块大家可以好好看一下，有时候我们会用到外部中断的，我们使用管脚去控制一个LED灯的基本流程就是先PIN_FUNC_SELECT(PIN_NAME, FUNC)，然后就可以输出高低电平或者设置为输入，或者去读取管脚状态，但是有一点我们需要注意的就是gpio16这个管脚，在官方的技术参考手册中有说明，给大家截图看一下：
什么意思呢？就是gpio16这个管脚不是GPIO这一伙里，使用它人家有自己的接口函数，不跟其他管脚使用同样的接口函数，这里大家需要注意一些，那么为什么这个管脚这么特殊呢？其实主要时为了低功耗，要知道Wi-Fi的功耗是很大，但是我们如果拿ESP8266做一些便携的设备，靠电池供电是不足以支撑很久的，所以在它没有什么事情的时候，我们需要它进入睡眠模式，这时候整个芯片会关闭除RTC以外的所有模块，此时工作电流是在μA级别，可以说是非常省电的，下面我们看一下官方是如何介绍的低功耗模式：
可以看出在深度睡眠模式下功耗是极低的，所以我们是可以利用ESP8266做一些可穿戴设备的，但是戴着出去的时候，我们要去连接哪一个Wi-Fi呢？这是很值得思考的，很显然不能手机开热点，那样我们手机的功耗可就大大提高了，不过最近据说有家国内公司叫连尚网络的公司发布了自家的Wi-Fi卫星，据说明年将会搭载长征系列火箭升空，估计到那时候可穿戴Wi-Fi设备才有真正的应用场景，目前还是基于BLE的居多。详情戳卡片：
我们看一下三种模式睡眠模式的功耗对比吧！
不对，好像又有点扯多了？怎么睡眠模式又写了这么多，好吧，转回正题，大家对低功耗感兴趣的话可以留言，改天我单独整理一篇文章详细介绍一下，要是没有那就先不整理了，啊哈哈哈哈~
我们正式开始我们的点灯、按键点灯、定时器点灯等点灯之旅，不过还有个问题，我们这里如果是使用的NodeMCU(默认大家是使用的NodeMCU)话，我们还需要了解一下管脚定义，因为NodeMCU采用的管脚命名与ESP8266的默认管脚命名是不一样的，所以我们需要对应起来，直接给大家上个图片看一下，建议大家收藏一下，省的以后找起来麻烦。
话不多说？上代码？得嘞，客官您里边请~
1 /************************ 2 * STATIC VARIABLES * 3 ************************/ 4 os_timer_t blue_led_timer; 5 os_timer_t key_read_timer; 6 7 /************************ 8 * STATIC FUNCTIONS * 9 ************************/ 10 11 /** 12 * LED定时反转函数，1s状态反转一次 13 */ 14 static void ICACHE_FLASH_ATTR 15 blue_led_timer_toggle(void){ 16 os_timer_disarm(&blue_led_timer);//取消定时器 17 uint32 status = GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(2));//获取蓝灯管脚状态 18 GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(2),!status);//取反实现蓝灯管脚电平反转，从而实现亮灭操作 19 os_timer_arm(&blue_led_timer, 1000, true);//使能定时器 20 } 21 22 /** 23 * 按键定时状态读取函数，10ms获取一次按键状态 24 */ 25 static void ICACHE_FLASH_ATTR 26 key_read_value(void){ 27 os_timer_disarm(&key_read_timer);//取消定时器 28 if(GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(14)) == 0x00){//如果按键按下，低电平 29 os_delay_us(20000);//延时20ms消抖 30 if(GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(14)) == 0x00){//再次判断状态，防止误触 31 uint32 status = GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(4));//获取当前管脚状态 32 GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4),!status);//取反实现管脚电平反转 33 while(GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(14)));//等待按键松开 34 } 35 } 36 os_timer_arm(&key_read_timer, 10, true);//使能定时器 37 } 38 39 /** 40 *按键中断服务函数，高电平触发 41 */ 42 static void ICACHE_FLASH_ATTR 43 key_intr_handler(void){ 44 uint32 gpio_status = GPIO_REG_READ(GPIO_STATUS_ADDRESS);//读取GPIO寄存器状态，获取中断信息 45 uint8 level = 0; 46 GPIO_REG_WRITE(GPIO_STATUS_ADDRESS,gpio_status);//清楚中断信息 47 if(gpio_status & (BIT(15))){//判断是否是gpio15 48 if(GPIO_INPUT_GET(15)){//如果是高电平 49 GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(5),0);//熄灭红灯 50 GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(12),1);//熄灭黄灯 51 GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4),0);//熄灭绿灯 52 GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(2),0);//熄灭蓝灯 53 os_timer_disarm(&key_read_timer);//取消按键定时器 54 os_timer_disarm(&blue_led_timer);//取消蓝灯定时反转定时器 55 }else{//如果是低电平 56 //不做处理 57 } 58 }else{//如果不是gpio15 59 //不做处理 60 } 61 } 62 63 /************************ 64 * GLOBAL FUNCTIONS * 65 ************************/ 66 void ICACHE_FLASH_ATTR 67 gpio_test(void){ 68 69 gpio_init();//初始化GPIO 70 71 PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO5_U,FUNC_GPIO5);//红灯 72 GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(5),1);//高电平点亮，常亮 73 74 PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTDI_U,FUNC_GPIO12);//黄灯 75 GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(12),0);//低电平点亮，常亮 76 77 PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO2_U,FUNC_GPIO2);//蓝灯 78 os_timer_disarm(&blue_led_timer); 79 os_timer_setfn(&blue_led_timer, (os_timer_func_t *) blue_led_timer_toggle,NULL);//定时回调函数 80 os_timer_arm(&blue_led_timer, 1000, true);//设置时间为1s 81 82 PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO4_U,FUNC_GPIO4);//绿灯，按键触发，反转 83 PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTMS_U,FUNC_GPIO14);//按键 84 GPIO_DIS_OUTPUT(GPIO_ID_PIN(14));//按键设置为输入模式 85 PIN_PULLUP_EN(PERIPHS_IO_MUX_MTMS_U);//引脚上拉使能 86 os_timer_disarm(&key_read_timer); 87 os_timer_setfn(&key_read_timer, (os_timer_func_t *) key_read_value,NULL);//定时回调函数 88 os_timer_arm(&key_read_timer, 10, true);//设置时间为10ms 89 90 PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTDO_U,FUNC_GPIO15);//中断按键 91 GPIO_DIS_OUTPUT(GPIO_ID_PIN(15));//设置为输入模式 92 PIN_PULLUP_DIS(PERIPHS_IO_MUX_MTDO_U);//下拉使能 93 ETS_GPIO_INTR_DISABLE();//禁止所有GPIO中断 94 ETS_GPIO_INTR_ATTACH((void *)key_intr_handler,NULL);//注册GPIO中断处理函数 95 gpio_pin_intr_state_set(GPIO_ID_PIN(15),GPIO_PIN_INTR_HILEVEL);//设置高电平触发中断 96 ETS_GPIO_INTR_ENABLE();//使能所有GPIO中断 97 98 }
代码不是很多，都有注释，大家可以自己看一下，最后我们来看一下实际运行效果，请原谅我这不标准的普通话，应该不用给大家加字幕吧？啊哈哈哈，请大家谅解~
视频还在找托管方~
再附上一张手画原理图，电路连接相对简单，就简单一画，应该很好看懂的。
源码可以在这里下载：
欢迎大家Star,您的鼓励是我最大的动力，有问题可以私信我，或者提交issues~
本系列文章在知乎同步更新，知乎搜索专栏：IAMLIUBO的神奇物联网之旅
QQ交流群：592587184
