【ESP32】ESP-IDF开发 | GPIO通用输入输出+LED点灯和按键输入例程

1. 简介

        ESP32芯片有34个物理GPIO pad，每个GPIO 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。

        从上面看到，每个pad可以配置成GPIO功能（连接GPIO交换矩阵）或者直连功能（旁路GPIO交换矩阵），功能的切换通过IO_MUX来实现。

        ESP32一共有162个外设输入信号和176个外设输出信号，要使用某个外设，就要把外设信号连接到对应的GPIO pad上，这个功能就是由GPIO交换矩阵来实现的。

        直连功能和GPIO功能有什么不同呢？快速信号如以太网、SDIO、SPI、JTAG、UART 等，通过旁路 GPIO 交换矩阵可以实现更好的高频数字特性，所以高速信号会直接通过 IO_MUX 输入和输出。

        ESP32除了有物理pad还有RTC pad，这些pads通过RTC IO_MUX可以配置成RTC GPIO功能，这些管脚主要在低功耗的模式下工作，实现低功耗功能。

        但要注意的是，虽然ESP32有34个物理pad，但并不是所有的pad都能任由用户控制或全功能的，下面列出一些开发时要注意的管脚：

1. GPIO34-39，这几个管脚只有输入功能，没有输出功能，而且没有上下拉配置；
2. GPIO6-11，如果你的模组带NOR Flash的话，这几个管脚是负责Flash的通信的，不能使用；
3. GPIO12-15，这几个是JTAG的调试管脚，GPIO12是默认下拉的，GPIO15是默认上拉的，使用时要注意；
4. GPIO1和GPIO3，这两个是芯片的调试串口和下载串口，不能用作其他使用；
5. GPIO0、GPIO2和GPIO5，这几个是芯片的strapping管脚，GPIO0默认上拉，GPIO2默认下拉，GPIO5默认上拉，使用时要注意。

2. 例程

2.1 LED点灯

        这个例程实现一个点灯的代码，LED灯每隔一秒改变一次状态。

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

void app_main()
{
    gpio_config_t gpio_cfg = {0};

    gpio_cfg.mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
    gpio_cfg.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE;
    gpio_cfg.pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE;
    gpio_cfg.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE;
    gpio_cfg.pin_bit_mask = (1 << GPIO_NUM_2);
    gpio_config(&gpio_cfg);

    while (1)
    {
        gpio_set_level(GPIO_NUM_2, 1);
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
        gpio_set_level(GPIO_NUM_2, 0);
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

         GPIO的初始化使用gpio_config一个函数即可，结构体里面配置模式（mode）、下拉（pull_down_en）、上拉（pull_up_en）、中断使能（intr_type）、管脚映射（pin_bit_mask）。

        管脚映射是用一个uint64_t实现的，每个bit代表一个管脚，所以要将管脚号左移对应位数来使能对应管脚。

        主循环里面使用gpio_set_level函数来控制GPIO输出，因为IDF框架是基于FreeRTOS的，所以延时可以直接调用vTaskDelay实现。

        系统启动后的打印如下，可以看到最后一行打印了我们管脚的配置信息，此时开发板上的LED灯就在闪烁了。

2.2 按键输入

        这个例程配置管脚为输入模式，接收按键的输入信号。例程使用的是开发板的IO0管脚作为按键输入。

#include "driver/gpio.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "esp_log.h"

#define TAG "app"

void app_main()
{
    gpio_config_t gpio_cfg = {0};

    gpio_cfg.mode = GPIO_MODE_INPUT;
    gpio_cfg.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE;
    gpio_cfg.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;
    gpio_cfg.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE;
    gpio_cfg.pin_bit_mask = (1 << GPIO_NUM_0);
    gpio_config(&gpio_cfg);

    while (1) {
        if (0 == gpio_get_level(GPIO_NUM_0)) {

            /* 软件去抖 */
            while (0 == gpio_get_level(GPIO_NUM_0)) {
                vTaskDelay(20 / portTICK_PERIOD_MS);
            }
            
            ESP_LOGI(TAG, "Key pressed");
        }

        vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

        GPIO的配置和前面差不多，只是模式改成输入即可，上下拉可以根据自己的开发板设置，我这里设置为上拉。

        主循环使用gpio_get_level不断查看按键状态，检测到按键按下后会经过一个软件去抖处理，防止多次触发，最后就是打印一个log信息。

        需要注意主循环最后的这个延时必须要有！！！因为IDF是默认开启看门狗的，看门狗的喂狗函数在空闲任务里面，而主任务的优先级是高于空闲任务的；如果不加延时，空闲任务会一直运行不了，导致看门狗超时，系统重启。