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关于GPIO，先来看个笑话

笔试官：“听说过GPIO么？”

工程师：“听说过，工程常常用。师社72小号网”

“GPIO是家中国最好哪些？“”

“。。工程。师社。家中国最好。工程。师社GPIO就是家中国最好GPIO啊。。工程。师社”

“GPIO有哪些用？”

“。家中国最好。工程。师社。。。不晓得。。。”

“好了，你可以回家了。”

下边就来好好谈谈这个熟悉又陌生的GPIO。

GPIO是哪些？

字面意思看，GPIO=GeneralPurposeInputOutput，通用输入输出。72小号网有时侯简称为“IO口”。通用，就是说它是万金油，干哪些都行。输入输出，就是说既能当输入口使用，又能当输出口使用。端口，就是元元件上的一个引脚。如何用？写软件控制。

总结：GPIO就是芯片上的一根干啥都行的引脚。

讲了那么多，相信不懂的人还是一头雾水，俺们对着案例瞧瞧GPIO如何用至于上拉、下拉、悬空、高阻、开漏、推挽之类的概念，可以之后再渐渐寻思。

GPIO的简单用法

输出控制讯号

GPIO控制LED灯的开关

GPIO拿来做开关控制，是最常见的应用场景。

如上图，P21这个GPIO口，输出1的时侯，LED403照亮，输出0或则没有输出的时侯，LED403熄灭。

GPIO口是如何被控制的呢？通过软件代码。须要亮灯的时侯调用GPIO口拉高的函数，须要关灯的时侯调用GPIO拉低的函数，即可实现控制。函数的操作，最终弄成了向这个GPIO的硬件寄存器写入数据，硬件的状态会跟着寄存器的数据改变而改变。

硬件寄存器在这儿可以理解为一个电子开关，好比你告诉家里的保姆说“去吧书房的灯关上”，他就走过去按动灯的开关，然后灯就灭了。你下的这个指令的动作相当于调用了GPIO操作的函数，保姆去按开关这个动作相当于函数配置寄存器。

其实你也可以直接去按这个开关（直接操作寄存器），这个做法似乎能工作，并且在代码设计中是不符合规范的。后续更改中很容易造成误操作。实际操作中须要预先初始化，配置GPIO的参数，把寄存器构建插口给其他进程调用等软件类的操作，这儿就不阐述了。

输入中断讯号

重力传感输出中断讯号给MCU的GPIO口

G-sensor，也称作重力传感/加速度传感/运动传感，监测设备是否在运动的。俺们平常用的蓝牙腕带的计步器主要就是按照G-sensor取样回去的运动数据估算而至的。

设备不动的时侯，G-sensor和MCU都是休眠状态以节节电量。

设备动一动，G-sensor感遭到了就被唤起了，就往中断口上（GSENSOR_INT）发一个高电平讯号，MCU感遭到这个中断口的电平从低弄成高了，就退出休眠开始正常运行。

之后MCU就通过I2C数据插口读取G-sensor里的数据。

怎样理解中断呢？你正在午睡，忽然有人来找你，他就要先把你叫醒才行。这就是把你的睡眠中断了，让你从睡眠中被唤起（就像上述事例）。

同样，假如你正在看影片，忽然手机铃声响了，一看是女同事来电话了，就要把影片暂停，保留影片当前的播放位置，之后去接女同事的电话。接完了电话，再继续从之前的播放位置开始播放。

这个电话就是中断讯号，保存影片位置就是中断响应前的状态入栈，接电话的过程就是中断服务程序，挂了电话继续播放就是中断的状态出栈。

可能有人会说，为何多此一举，G-sensor不能直接把数据发送给MCU么？这是由于I2C只能由主设备主动发起数据传输的恳求，从设备是不能主动发送数据的（只能任由主设备过来读取数据）。关于I2C合同的内容，请见相关文章。

即便I2C插口且持续工作的设备，都须要有一个中断输出，拿来告诉主机“我早已打算好数据了，你赶快过来拿走吧”。

用GPIO做中断，还须要非常非常注意一条：假如选择这个中断口来唤起系统，那一定要对照芯片尺寸书认清楚，选择的中断口能不能唤起系统？

对于大部份单片机，几乎每一个中断口都可以唤起系统，但对于高显存的处理器，如手机和平板笔记本的，并不是所有的GPIO都可以配置成中断，也不是所有的中断都能唤起系统。

假如选择了一个不能唤起系统的中断口做上述示例，一旦MCU步入休眠，外设就失效了。

用作键盘输入

GPIO做键盘检查

键盘严格来讲也是个中断。GPIO口默认状态是低电平，键盘按下后被拉到高电平，此时系统才能测量到中断，判断为键盘按下。

等到键盘释放了，GPIO口检查到电流回归低电平，就断定为键盘握住了。这些做法是单片机上比较常见的做法。在智能一些的硬件平台上，常常会有独立的硬件键盘插口（非GPIO口），在芯片内部加入键盘控制器，通过硬件实现键盘的去抖、双击和长按判别。

对于单片机，一旦被键盘触发以后，内部就开始跑程序，每隔几个微秒读取一次按钮状态，判定键盘是否被释放。通过软件实现去抖、双击和长按的功能。

图上的电容，好处是滤除外部干扰，防止被误触发，同时起到一定的键盘去抖作用。图上的TVS管，是为了避免静电步入CPU。

可能会有人问，键盘按下就是按下了，为何会晃动？

由于键盘都是机械式的，两个金属片在接触的顿时，从毫秒级的时间段来看，会存在接触-断掉-再接触这样的轻微的晃动。直至两个金属片牢牢的接触到一起然后，晃动就会消失。所谓按钮去晃动，就是通过延时来去除掉接触再断掉这些异常状态的。

假如GPIO口不够，并且须要做空个按钮的检查，也可以把键盘配置成为ADC，通过不同按钮形成不同的电流，来利用一个ADC口测量到不同的通配符。这个做法通常用于手机3.5mm有线音箱上的3个键盘的测量。

GPIO的高阶应用

GPIO不仅简单的输入输出之外，还可以做一些相对复杂的操作，比如模拟I2C或SPI数据线、ADC电流测量、输出PWM波形等。

这种功能有些可以直接配置成硬件插口，也可以通过软件来模拟波形。

用作I2C插口

GPIO用作I2C数据总线

I2C时序图

I2C是智能硬件电路上最常用的数据传输总线，只须要2根线，就才能挂载多个从设备，才能单向传输，最大速率可达400Kbps，特别适宜传输控制指令和小量数据。

平常你们用的G-sensor传感、光距离传感、电容触摸屏、LED灯控制器、摄像头的控制命令等，几乎都是I2C插口的。

GPIO口用作I2C，算是GPIO传数据的最常用的方法。假如芯片内部自带I2C控制器，可以直接配置GPIO切换到硬件I2C上。诸如单片机几乎都可以如此做。

假如芯片内部的I2C插口不够用播放量双击软件平台，还可以通过软件控制GPIO口拉高拉低来模拟I2C的波形和时序，照样可以当成I2C使用。

同样的模拟数据线的做法，还可以用GPIO来模拟SPI。只要是带时钟的低速同步数据线，都可以用GPIO口来模拟。

然而GPIO口不能拿来模拟UART并口。由于UART没有时钟线，须要特别精准的根据约定的时间间隔输出波形，软件定时器不准，硬件定时器占用系统资源多，所以很难实现。

PWM输出

GPIO输出PWM波控制蜂鸣片

不同信噪比的PWM波形

GPIO口输出PWM波，跟当成I2C使用的性质上是一样的。控制GPIO口定时拉高拉低，就可以输出PWM波形。

如上图，就是通过PWM来控制外部升压电路，驱动蜂鸣片发出声音的。PWM还可以用于控制LED灯的调光，改变PWM输出的转矩，调节灯光色温

ADC取样

GPIO用作ADC取样，采集电瓶电流

电瓶分压后给ADC取样

ADC,Analog-to-DigitalConverter，把模拟讯号转换成数字讯号。ADC的应用范围很广，耳机音频数据的取样、电压电压讯号的取样、模拟传感输出的数据的量化等。

受限于精度、量程、采样速率等，GPIO的ADC通常不做太复杂的应用，大部份时侯只做电流采集。

如上图，把GPIO口配置成为ADC模式，采集电瓶电流，用于做电瓶电量显示。这个做法只适宜做简单的电瓶电流显示，假如要做类似智能手机的百分之一精度的电瓶电量管理，还须要外加更高精度的ADC和电瓶补偿算法。

GPIO做ADC，最常碰到的问题是：

一，不是所有的GPIO口可以做ADC使用，一定要认清楚尺寸书！

二，ADC有电流域限制的，3V供电的ADC检测不到超过3V的电流。比如里面第一张图，MCU用3V电瓶供电，此时GPIO/ADC的供电电流是3V，最大量程也是3V，可以检测到电瓶电流。而第二张图锂离子电瓶电流是4.2V，MCU供电是3V播放量双击软件平台，GPIO/ADC工作电流也是3V，就量不到如此高的电流了。超出阻值检测下来的都是一样的。因而借助内阻分压，把4.2V的电瓶电流折半增加到2.1V，给3V阻值的ADC使用。