[嵌入式] 启明云端分享|ESP32学习笔记参考GPIO口操作

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[嵌入式]启明云端分享|ESP32学习笔记参考GPIO口操作

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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。
在这里插入图片描述

官方资料

ESP-IDF 编程指南——GPIO&RTC GPIO
ESP32-DevKitC V4 的介绍

头文件

#include "driver/gpio.h"

ESP32-DevKitC V4 的GPIO接口

在这里插入图片描述

2、GPIO设置

简单方法

gpio_pad_select_gpio(GPIO_NUM_1);                // 选择一个GPIO
gpio_set_direction(GPIO_NUM_1, GPIO_MODE_OUTPUT);// 把这个GPIO作为输出
gpio_set_level(GPIO_NUM_1, 0);                   // 把这个GPIO输出低电平

笔记：通过 gpio.h 文件可以调用 gpio_types.h 文件，在 gpio_types.h 文件中定义了一个结构体，定义了ESP32-DevKitC V4的40个GPIO接口，GPIO_NUM_1指IO1口。

结构体方法

-`#define GPIO_OUTPUT_IO_0    1
#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`

示例： LED灯闪烁

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"//用到了FreeRTOS系统中的tesk
#include "driver/gpio.h"  //配置gpio的头文件

void app_main(void)
{
    gpio_pad_select_gpio(GPIO_NUM_2);//选择IO2作为GPIO口
    gpio_set_direction(GPIO_NUM_2, GPIO_MODE_OUTPUT);//把这个GPIO作为输出
    
    while(1) 
    {
	    printf("Turning off the LED\n");
        gpio_set_level(GPIO_NUM_2, 0);//IO2 输出为低电平 灯灭
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);//延时1000ms

	    printf("Turning on the LED\n");
        gpio_set_level(GPIO_NUM_2, 1);//IO2 输出为高电平 灯亮
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);//延时1000ms
    }
}

3、GPIO与中断

3.1 API介绍

gpio_config_t 结构体

pin_bit_mask端口号： GPIO_SEL_X。
intr_type中断触发类型： GPIO_INTR_DISABLE关闭中断触发；GPIO_INTR_POSEDGE上升沿；
GPIO_INTR_NEGEDGE下降沿； GPIO_INTR_ANYEDGE双边沿；GPIO_INTR_LOW_LEVEL低电平； GPIO_INTR_HIGH_LEVEL高电平。
mode模式：

GPIO_MODE_DISABLE关闭；GPIO_MODE_INPUT输入；GPIO_MODE_OUTPUT输出；GPIO_MODE_OUTPUT_OD开漏输出； PIO_MODE_INPUT_OUTPUT_OD开漏输入输出； GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT输入输出。
pull_up_en上拉电阻：GPIO_PULLUP_DISABLE断开；GPIO_PULLUP_ENABLE使能。
pull_down_en下拉电阻：GPIO_PULLDOWN_DISABLE断开；GPIO_PULLDOWN_ENABLE使能。

gpio_config

通过gpio_config_t结构体初始化gpio功能
返回值：ESP_OK初始化成功；ESP_ERR_INVALID_ARG初始化。

gpio_reset_pin

将gpio重置为默认状态

gpio_set_level

设置输出电平返回值：ESP_OK成功；ESP_ERR_INVALID_ARG GPIO编号错误。

gpio_get_level

获取输入电平返回值：如果pad没有配置为输入(或输入输出)，则返回值总是0。

gpio_set_drive_capability

设置GPIO驱动能力

gpio_get_drive_capability

获取GPIO 驱动能力

补充函数

gpio_set_direction 设置GPIO模式
gpio_set_pull_mode 配置GPIO的上拉/下拉功能
gpio_pullup_en 开启上拉模式
gpio_pullup_dis 关闭上拉模式
gpio_pulldown_en 开启下拉模式
gpio_pulldown_dis 关闭下拉模式
gpio_set_intr_type 设置中断触发模式

3.2 中断API

gpio_install_isr_service

安装GPIO ISR服务的驱动，开启每个引脚GPIO中断处理程序。
这个函数与gpio_isr_register()不兼容。如果使用这个函数，ISR服务将提供一个全局GPIO ISR，并且通过gpio_isr_handler_add()函数注册单个的pin处理程序。

gpio_uninstall_isr_service

卸载GPIO ISR服务的驱动，释放相关资源。

gpio_isr_handler_add

为GPIO引脚添加中断处理回调函数。
ISR处理程序不再需要用IRAM_ATTR来声明，除非你在gpio_install_isr_service()中分配ISR时传递了ESP_INTR_FLAG_IRAM标志。
这个ISR处理程序将从ISR中调用。因此存在一个堆栈大小限制(可在menuconfig中配置为“ISR堆栈大小”)。

gpio_isr_handler_remove

删除GPIO引脚的中断处理回调函数。

gpio_intr_enable

使能GPIO中断

gpio_intr_disable

关闭GPIO中断

gpio_isr_register

统一为所有的GPIO口注册一个全局的ISR，即任何的GPIO中断触发，都会调用该中断处理函数

3.3 示例

用boot控制led灯由电路可知boot键接的是IO0口

在这里插入图片描述

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

#define ESP_INTR_FLAG_DEFAULT 0
gpio_num_t gpio_led_num = GPIO_NUM_32;            // 连接LED的GPIO
gpio_num_t gpio_contact_switch_num = GPIO_NUM_0; // 连接触点开关GPIO
static xQueueHandle gpio_evt_queue = NULL; // 事务队列

int cnt = 0; // 计数，反转LED
/**
 * 中断处理
 */
static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void *arg)
{
    cnt++;
    // 反转gpio的电平，让LED灯出现显示的反转
    gpio_set_level(gpio_led_num, cnt % 2);
    uint32_t gpio_num = (uint32_t)arg;
    // 向gpio事件处理的队列中添加一条消息
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}
static void gpio_task_led(void *arg)
{
    uint32_t io_num;
    for (;;)
    {
        if (xQueueReceive(gpio_evt_queue, &io_num, portMAX_DELAY))
        {
            printf("GPIO[%d] intr, val: %d\n", io_num, gpio_get_level(io_num));
        }
    }
}
void app_main(void)
{
    // 设置控制LED的GPIO为输出模式
    gpio_set_direction(gpio_led_num, GPIO_MODE_OUTPUT);
    // 设置作为中断的GPIO pin为输出模式
    gpio_set_direction(gpio_contact_switch_num, GPIO_MODE_INPUT);
    // 设置作为中断模式为沿上升沿触发
    gpio_set_intr_type(gpio_contact_switch_num, GPIO_INTR_POSEDGE);
    // 创建队列处理来自isr的gpio事件
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    // 启动gpio的任务
    xTaskCreate(gpio_task_led, "gpio_task_led", 2048, NULL, 10, NULL);
    // 初始化全局GPIO的中断服务程序，并设置中断的电平等级
    gpio_install_isr_service(ESP_INTR_FLAG_DEFAULT);
    // 将指定的GPIO挂载到中断服务上，并设定中断触发的回调函数和传入参数
    gpio_isr_handler_add(gpio_contact_switch_num, gpio_isr_handler, (void  *) gpio_contact_switch_num);
}