GPIO外设的使用方法详解

【硬件外设使用】——GPIO用法

经过与硬件群的小伙伴商量，决定直接找个板子讲实战了- -。

本部分内容为视频内容补充。外设基本使用方法+pyb（STM32）+machine（micropython通用。）

GPIO基本概念

GPIO是General Purpose Input/Output的缩写，意思是通用输入/输出。它是一种可以通过软件控制的电子接口，可实现与其他硬件设备的连接和交互。

在树莓派、Arduino等单板电脑中，GPIO常被用于连接各种传感器、执行器、LED灯等外部设备，使得这些设备可以和计算机进行通讯和交互。

通过编写程序，可以实现对GPIO的读写操作，实现各种功能。

GPIO应用

GPIO可以应用在很多方面，例如：

1. 控制LED灯：通过将GPIO引脚设置为输出模式，并对其进行控制，可以实现对连接在GPIO上的LED灯的开关。

2. 连接传感器：树莓派和Arduino等单板电脑常常用GPIO来读取温度、湿度、气压等传感器的数据。

3. 控制电机：电机通常需要连接到GPIO引脚上使用单片机或芯片内部PWM输出的信号来控制转速、方向等参数。

4. 控制舵机：舵机可以通过PWM信号控制角度，因此也可以将GPIO引脚设置为PWM输出，并连接到舵机控制线上进行控制。

5. 控制继电器：GPIO引脚还可以控制继电器，用于控制家电、电机等高电流负载的开关操作。

GPIO的应用范围很广，可以用于控制各种外接设备，是单片机和嵌入式系统中不可缺少的一个模块。下面是一个GPIO基本结构图。

pyb与micropython

总有小伙伴分不清pyb和micropython，这里简单说一下啊

什么是pyb

Pyboard（pyb）是一个MicroPython的开发板，它提供了一个基于Python的快速原型设计平台，使得使用Python语言来开发嵌入式系统更加容易。

Pyboard基于ARM® Cortex®-M4处理器，具有高速存储器和实时时钟，同时内置有各种外设（例如LED、USB、UART、SPI、I2C等），可以快速构建各种具有交互性的嵌入式系统。
Pyboard还支持通过wifi进行网络通信，使得连接其他设备变得更加容易。

什么是micropython

MicroPython是一种适用于微控制器的Python3解释器，它支持在资源受限的嵌入式设备上运行

Python代码。MicroPython由德国裔澳洲人Damien George发起开发，旨在为硬件爱好者、物联网应用开发人员、科研工作者、教育界等提供一个简单易用的嵌入式开发平台。
除了标准的Python语法和库外，MicroPython还提供了一些针对嵌入式设备的专用库和功能，例如控制GPIO、I2C、SPI、ADC等硬件接口。
并且，由于使用的是Python语言，使得从桌面应用程序的开发跨越到嵌入式设备的开发更加容易。与其他嵌入式开发平台相比，MicroPython在开发效率和代码可读性方面拥有明显的优势。

pyb与micropython关系

Pyboard（pyb）是MicroPython的一种开发板，它提供了一个硬件平台，可以在上面运行MicroPython解释器，并使用Python语言进行嵌入式开发。

Pyboard为MicroPython提供了高性能的ARM Cortex-M4处理器，以及与嵌入式开发相关的硬件接口，例如GPIO、UART、SPI、I2C等。使用Pyboard可以轻松地利用MicroPython解释器和硬件接口快速开发各种嵌入式应用程序。
同时，在Pyboard上运行的MicroPython解释器也可以在其他支持MicroPython的嵌入式设备上运行，使得MicroPython成为一个通用的嵌入式系统开发工具。因此，可以说Pyboard是MicroPython的一种实现方式，提供了一个方便的开发硬件平台，来支持使用Python语言进行嵌入式开发。

GPIO在micropython中的用法

这里主要是pyb库，和machine库。两种方式都列举一下。买板子的时候注意板子支持哪一个。

什么是pyb库

Pyb库是MicroPython中的一个标准库，是为了更方便地访问Pyboard硬件而开发的。Pyboard是MicroPython官方推出的开发板，而Pyb库则提供了一系列针对该开发板的API函数，可以简化对各种硬件模块（如GPIO、I2C、SPI、串口等）的操作。

Pyb库的主要特点包括：

1. 简单易用：Pyb库提供了简单易用的API函数，使用户能够轻松地访问Pyboard硬件。

2. 全面支持Pyboard：Pyb库支持大部分Pyboard硬件资源，包括GPIO、ADC、DAC、I2C、SPI、PWM、定时器、U(S)ART等。

3. 可扩展性：Pyb库允许用户编写自定义的驱动程序来扩展其功能，从而满足更多的应用需求。

使用Pyb库能够很方便地在MicroPython中控制外设硬件，并且代码能够在Pyboard上直接运行。这样既节省了开发时间，又提高了代码的可读性和可维护性。

关系图如下：

pyb库中的GPIO用法

详细用法 咸鱼Micropython—GPIO 可以不看，本篇内容仅了解概念即可。还得看实战。

pyb.Pin()是MicroPython中的一个模块，用于控制单片机的引脚，与machine.Pin()类似。但pyb.Pin()主要用于控制嵌入式板载设备上与Pyboard硬件相关的引脚。

该函数的语法如下：

pyb.Pin(id, mode=-1, pull=None, *, drive=None)

其中，

1. 参数id表示引脚编号，可以是数字或字符串类型；
2. 参数mode表示设置引脚工作模式，可选值有pyb.Pin.IN（输入模式）、pyb.Pin.OUT_PP（推挽输出模式）、pyb.Pin.OUT_OD（开漏输出模式）等；
3. 参数pull表示设置引脚上拉或下拉电阻，可选值有pyb.Pin.PULL_UP（上拉电阻）、pyb.Pin.PULL_DOWN（下拉电阻）和None（不使用上下拉电阻）；参数drive表示设置引脚驱动能力（即能够输出的最大电流），可选值有pyb.Pin.LOW_POWER、pyb.Pin.MED_POWER和pyb.Pin.HIGH_POWER。

例如，以下代码将与Pyboard硬件相关的LED引脚（即绿色LED）设置为输出模式，同时将引脚电平设置为低电平：

import pyb

led = pyb.Pin('LED_GREEN', pyb.Pin.OUT_PP)  # 将绿色LED引脚设置为推挽输出模式

led.low()  # 将绿色LED引脚电平设置为低电平

这样操作后，绿色LED将被关闭。如果需要将引脚设置为高电平，可以使用以下代码：

import pyb

led = pyb.Pin('LED_GREEN', pyb.Pin.OUT_PP)  # 将绿色LED引脚设置为推挽输出模式

led.high()  # 将绿色LED引脚电平设置为高电平

micropython下的GPIO用法

machine.Pin()是MicroPython中的一个模块，用于控制单片机的引脚，包括输入输出模式、设置引脚电平等。

该函数的语法如下：

machine.Pin(id, mode=-1, pull=None, *, value)

其中，

1. 参数id表示引脚编号，可以是数字或字符串类型；参数mode表示设置引脚工作模式，可选值有machine.Pin.IN（输入模式）、machine.Pin.OUT（输出模式）、machine.Pin.OPEN_DRAIN（开漏模式）等；
2. 参数pull表示设置引脚上拉或下拉电阻，可选值有machine.Pin.PULL_UP（上拉电阻）、machine.Pin.PULL_DOWN（下拉电阻）和None（不使用上下拉电阻）；
3. 参数value表示设置引脚电平，仅在mode为输出模式时有效，可选值有0（低电平）和1（高电平）。

例如，以下代码将D1引脚设置为输出模式，同时将引脚电平设置为高电平：

import machine

pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT, value=1)  # 将D1引脚设置为输出模式，初始电平为高电平

这样操作后，D1引脚将输出高电平。如果需要将引脚设置为低电平，可以使用以下代码：

import machine

# 将D1引脚设置为输出模式，初始电平为高电平
pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT, value=1)

# 将引脚电平设置为低电平
pin.value(0)

提醒：买开发时注意支不支持pyb。