GPIO全稱叫做General-Purpose Input/Output，即通用輸入/輸出口。是單片機(jī)和外界交流的重要部件，你可能看到過(guò)沒(méi)有ADC的單片機(jī)、沒(méi)有定時(shí)器的單片機(jī)或者沒(méi)有串口的單片機(jī)，但是沒(méi)有GPIO的單片機(jī)是不存在的。

本篇教程不會(huì)過(guò)多去講解電路層面的原理，但會(huì)用實(shí)例演示GPIO的各方面特性。

首先讓我們看看本篇教程用到的開(kāi)發(fā)板——Bread board。

一塊和面包板“天衣無(wú)縫”結(jié)合的開(kāi)發(fā)板

在電路上，將一個(gè)LED的正極接到P3.7腳，負(fù)極接到GND。準(zhǔn)備就緒后，打開(kāi)之前建好的工程，接著打開(kāi)gpio.h。

在控件界面里，能看到兩個(gè)設(shè)置組。一個(gè)是Px口使能，推薦只有在ROM空間不夠的情況才關(guān)掉不用的Px口使能。我之前遇到過(guò)，為了優(yōu)化空間關(guān)掉了P2的使能，結(jié)果把模塊接到P2口上死活也通信不了，卡了一天才發(fā)現(xiàn)P2使能沒(méi)打開(kāi)。二是深度優(yōu)化，用于把不需要的gpio庫(kù)函數(shù)優(yōu)化掉，理由同第一點(diǎn)，沒(méi)事別優(yōu)化！

在上圖中，我們可以看到gpio庫(kù)一共有10個(gè)函數(shù)。接下來(lái)我們一一講解。

• gpio_write：這是一個(gè)8位IO口寫函數(shù)，可以一次性寫入8位數(shù)據(jù)。gpio_write(GPIO_P0,0x06);的效果其實(shí)等同P0=0x06;其實(shí)該函數(shù)的作用主要還是提供給其他并口通信的外設(shè)庫(kù)使用。

• gpio_read：這是一個(gè)8位IO口讀函數(shù)，可以一次性讀整個(gè)P口8個(gè)腳的數(shù)據(jù)。val=gpio_read(GPIO_P0);的效果等同于val=P0;所以就算是我，也會(huì)因?yàn)樽謹(jǐn)?shù)原因懶得用。不過(guò)它與直接用val=P0;的最大區(qū)別就是：讀取的Px口作為函數(shù)的參數(shù)是可以在程序運(yùn)行的時(shí)候修改的。因此在外設(shè)庫(kù)使用該函數(shù)，就能在應(yīng)用中切換P口而不用去改函數(shù)定義區(qū)里的代碼了。

• gpio_in/gpio_out：既然說(shuō)到I/O，當(dāng)然核心就是這兩個(gè)函數(shù)啦。這兩個(gè)函數(shù)主要用于讀取某一個(gè)IO口的電平值和寫某一個(gè)IO口的電平值。gpio_out(D10,1);等同于P11=1；flag=gpio_in(D10);等同于flag=P10;和上面一樣，做成庫(kù)函數(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)，便是IO作為參數(shù)，可以隨意切換，甚至在單片機(jī)運(yùn)行時(shí)切換都可以（具體的例子在解說(shuō)外設(shè)庫(kù)的復(fù)用性時(shí)詳細(xì)說(shuō)明）。

• gpio_toggle：IO電平的翻轉(zhuǎn)函數(shù)，假設(shè)某個(gè)IO口原來(lái)是高電平，翻轉(zhuǎn)之后就變成了低電平。反之亦然。

• gpio_in_fast/gpio_out_fast/gpio_toggle_fast：這三個(gè)函數(shù)是上面列舉的那三個(gè)的快速運(yùn)行版，只會(huì)用在外設(shè)庫(kù)中，學(xué)習(xí)本教程的時(shí)候可以不用管他們。.

以上就是gpio的操作函數(shù)。那么究竟使用它們?yōu)榱瞬僮魇裁茨?#xff1f;這就不得不說(shuō)數(shù)字電路的一個(gè)特性了（電路基礎(chǔ)穩(wěn)固的人可以跳過(guò)這一段）：數(shù)字電路里只有兩個(gè)明確狀態(tài)——0和1。0和1是一個(gè)虛擬的概念，是我們?nèi)藶槎x出來(lái)的。比如TTL電平里+5V代表1,+0V代表0。而在232電平里-12V代表1，+12V代表0。在文中提到的開(kāi)發(fā)板里，由于板載單片機(jī)工作在3.3V，所以1代表+3.3V，操作IO輸出1就是讓IO輸出+3.3V的高電平；0代表+0V，操作IO輸出0就是讓IO輸出+0V的低電平。因?yàn)閿?shù)字電路就是圍繞著1和0設(shè)計(jì)的，所以只要單片機(jī)按一定規(guī)律輸出1或者0就能控制數(shù)字電路！

還記得文章開(kāi)頭的LED嗎？LED點(diǎn)亮的條件就是正極接VCC，負(fù)極接GND，且正負(fù)極壓差大于LED壓降（一般LED壓降為1.8V~3.0V）。那么如果你想點(diǎn)亮LED，在這個(gè)電路中，只要使P3.7腳輸出高電平3.3V就行了。那么立刻用庫(kù)函數(shù)寫一遍吧：

#include "ecbm_core.h" //加載庫(kù)函數(shù)的頭文件。 void main(){ //main函數(shù)，必須的。system_init(); //系統(tǒng)初始化函數(shù)，也是必須的。gpio_out(D37,1);//就是這一句啦，讓P3.7口輸出高電平3.3V。while(1){} }

需要注意的參數(shù)的形式為Dxx型，就是說(shuō)P3.7口就是D37，P2.5口就是D25。運(yùn)行結(jié)果如下：

小燈已經(jīng)開(kāi)始發(fā)出原諒的綠光了

那如果P3.7腳輸出0呢？那么P3.7腳的電壓將會(huì)是0V，而LED兩端都是0V，LED就不會(huì)亮了。

細(xì)心的你可能發(fā)現(xiàn)了，這LED的亮度根本不夠看，沒(méi)注意的話根本看不到它在發(fā)光（我在拍攝的時(shí)候也特意降低了曝光值才勉強(qiáng)讓它的亮度看起來(lái)明顯一些）。這就設(shè)計(jì)到IO工作模式了。當(dāng)年工程師也發(fā)現(xiàn)了這些問(wèn)題，所以為IO口在不同環(huán)境下的應(yīng)用設(shè)計(jì)了不同的模式。在8051單片機(jī)中一共有4種。（為了照顧新手的理解能力，我不會(huì)去說(shuō)高深的電路知識(shí)。）

弱上拉模式：這是一種最常用的模式。所謂“上拉”，就是指把IO電平“拉”到電源VCC。“下拉”當(dāng)然就是指把IO電平“拉到”地GND。當(dāng)IO獨(dú)立的時(shí)候，一切都好理解。但是當(dāng)兩個(gè)IO連在一起的時(shí)候呢？如果一個(gè)IO輸出高電平，另一個(gè)輸出低電平，那么連起來(lái)會(huì)是什么電平呢？這種感覺(jué)就像是拔河，一個(gè)IO把電平往VCC拉，另一個(gè)IO把電平往GND拉。如果兩個(gè)勢(shì)均力敵的話，可能到2090年都不會(huì)有結(jié)果。所以為了讓電平明確，必須讓其中一個(gè)更“弱”一些。當(dāng)初的設(shè)計(jì)者們選擇了讓“上拉”的能力弱一些。這樣再來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候，電平會(huì)立刻被更強(qiáng)的“下拉”拉到低電平。所以該模式適合單片機(jī)與外界的雙向通行。

推挽模式：“推挽”這個(gè)名字來(lái)源于“推挽電路”，換成我們的理解，就是“上拉”能力和“下拉”能力都強(qiáng)！當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)者也知道，弱上拉模式雖然解決了競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，但是如果驅(qū)動(dòng)的電路里沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)，又特別需要高電平驅(qū)動(dòng)呢？于是推挽模式就出來(lái)了，它和弱上拉的區(qū)別就是加強(qiáng)了上拉能力，因此適用于驅(qū)動(dòng)被動(dòng)元件（就比如本篇提到的驅(qū)動(dòng)LED燈）或者和外界的單向通信（只輸出不輸入）。

高阻模式：有些朋友可能要問(wèn)了，上面兩個(gè)模式都會(huì)使得IO上有一個(gè)確定的電平，那么這個(gè)電平會(huì)不會(huì)影響到我要讀取的信息呢？這個(gè)確實(shí)是有可能的，如果某個(gè)電路設(shè)計(jì)不好或者導(dǎo)線阻值影響等因素導(dǎo)致了目標(biāo)信號(hào)的對(duì)上拉和下拉都很敏感，那么IO的默認(rèn)電平是會(huì)有影響的。又或者一個(gè)帶ADC的單片機(jī)，想讀目標(biāo)器件輸出的電壓值，那么這個(gè)電壓值被IO的電平這么一拉，就不是原來(lái)的值了。針對(duì)這種情況，高阻模式被設(shè)計(jì)出來(lái)。它的特點(diǎn)就是斷開(kāi)了所有上下拉電路，使得IO不輸出電平值。沒(méi)錯(cuò)，“高阻”并不是讓IO輸出電壓為0V，那個(gè)叫輸出低電平。高阻就是什么都不輸出，即不輸出高電平也不輸出低電平。就好像IO口和電源VCC、地GND之間被什么東西“阻斷”了一樣。因此這個(gè)模式主要是用于輸入的。同時(shí)由于它什么都不輸出的特性，也會(huì)用在端口復(fù)用上，保證端口不會(huì)被上下拉影響。

開(kāi)漏模式：和推挽一樣，“開(kāi)漏”這個(gè)名字也是來(lái)源于內(nèi)部電路構(gòu)造的名字。其實(shí)就是把IO的上拉能力“廢掉”，只保留下拉能力。這樣做的目的之一就是電壓匹配，可能大家在之前都看過(guò)一些教單片機(jī)的書籍，里面用的單片機(jī)都是工作在5V的。那么5V的單片機(jī)要和我現(xiàn)在的3.3V單片機(jī)通信怎么辦？5V單片機(jī)輸出高電平的話，就是輸出+5V，這都大于了3.3V單片機(jī)的工作電壓了，鬧不好就得燒芯片。但是如果5V單片機(jī)處于開(kāi)漏模式就安全了（同時(shí)3.3V單片機(jī)使用弱上拉模式，并輸出高電平），當(dāng)5V單片機(jī)輸出高電平的時(shí)候，由于上拉能力沒(méi)有了，連線的電平會(huì)被3.3V單片機(jī)拉到+3.3V。當(dāng)5V單片機(jī)輸出低電平的時(shí)候，由于下拉能力還在，而3.3V單片機(jī)是弱上拉模式，那么連線電平會(huì)被拉到低電平。這樣一來(lái)，連線上的電平就不會(huì)超過(guò)3.3V單片機(jī)的電源，就不會(huì)燒壞單片機(jī)了。

四種模式都講解完了，那么能解決LED亮度的問(wèn)題的辦法就出來(lái)了。既然亮度低的原因是上拉能力太弱，那么只要把P3.7口切換到推挽模式就可以了。

兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是要設(shè)置的IO口，一個(gè)是IO的模式。IO模式的定義可以參考宏定義：

所以代碼更改如下：

#include "ecbm_core.h" //加載庫(kù)函數(shù)的頭文件。 void main(){ //main函數(shù)，必須的。system_init(); //系統(tǒng)初始化函數(shù)，也是必須的。gpio_mode(D37,GPIO_PP);//推挽模式。 gpio_out(D37,1); //就是這一句啦，讓P3.7口輸出高電平3.3V。while(1){} }

運(yùn)行效果如下：

啊，原諒的光芒更加閃耀了呢。

最后一個(gè)函數(shù)gpio_uppull其實(shí)用處不大，僅在某些應(yīng)用會(huì)用到，比如IIC通信要求IO是開(kāi)漏模式同時(shí)外接上拉電阻。而STC8內(nèi)置了上拉電阻，可以節(jié)省一些元件錢。該函數(shù)就是用來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉上拉電阻的。在IIC章的時(shí)候會(huì)說(shuō)明它。

對(duì)于這篇文章，還有什么不懂的問(wèn)題呢？歡迎留言告訴我。

預(yù)告：下一篇文章中，會(huì)講解外部中斷的應(yīng)用，敬請(qǐng)期待。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的uboot更改gpio电平_ECBM系列教程4：单片机的手和脚——GPIO的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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