玩转物联网人工智能小车：使用ESP32的GPIO控制智能小车运动（一）

摘要：本文更深入的讲述了GPIO的相关知识，并完成了导线连接工作，为下一步的软件开发做好了准备。

通用输入输出端口（GPIO：General Purpose Input/Output Port），在前面已经有了初步的介绍，本篇将进行更详细的阐述，希望大家能够了解GPIO端口是如何工作的。

通用输入输出端口的基本功能是：当GPIO工作在输入状态时，可以读取外部设备电平信号的高低，从而获得外部设备的工作状态，当GPIO工作在输出状态时，可以对外输出高低电平，从而实现对外部设备的控制。GPIO接口作为一种被广泛应用于嵌入式系统的接口技术。通常有以下一些特点。

1.可配置性：GPIO可以配置为输入或输出模式，以适应不同的应用需求。

2.可编程性：GPIO可以通过特定的编程语言(如C语言、Python等）进行编程，实现对外部设备的控制和数据处理。

3.高可靠性：GPIO具有较低的故障率和较高的抗干扰能力，适用于各种恶劣环境下的应用。

4.易于扩展：GPIO可以根据需要扩展更多的输入输出通道，满足不同规模的系统需求。

总的来说，GPIO具有通用性、数字信号、多功能、可编程性等特点，在嵌入式系统中发挥着重要作用。

对于嵌入式系统来说，每个芯片引脚都非常的珍贵，因此大部分的引脚都采用了端口复用技术，也就是除了上面所列举的基本的GPIO功能外，还可以用作其他功能，这在前面的引脚功能图中已经看到过了。ESP32的多路复用器，使设计人员可以灵活地更改芯片内部的GPIO引脚连接并将其路由到任何信号，这样在硬件设计、布线上会方便的多。

ESP32为每个GPIO端口提供了多种工作模式，所以在使用GPIO端口之前，必须要对端口进行必要的配置。需要配置的参数包括一下几个：

1. GPIO的工作模式
2. 设置是否需要上拉
3. 设置是否需要下拉
4. 设置GPIO中断的类型

在这里我们重点的关注一下GPIO的工作模式，其他几个参数暂时不做讲解，后边遇到的时候再详细的说明。GPIO的工作模式包括以下几个：

我们用得最多的是输入模式和输出模式，这两种模式是对标准的数字信号进行读取和输出，输入用来获取外部设备的状态信号，输出则将自己的引脚设置成指定状态，是用来“通知”外部设备。输入模式可以用来检测按键是否按下，而输出模式则可以控制LED是否点亮，我们今天控制电动机是否旋转，以及旋转的方向，就是使用了GPIO最基本的输出模式。

在了解了GPIO的工作原理和工作模式之后，还要再次的强调那些特殊的引脚，一定要确保安全再用，尽量不要使用：

1. Strapping管脚：GPIO0、GPIO2、GPIO5、GPIO12(MTDI)和GPIO15 (MTDO)是Strapping管脚。
2. SPI0/1：GPIO6-11和GPIO16-17通常连接到模组内集成的SPI flash和PSRAM，因此不能用于其他用途。
3. JTAG：GPIO12-15通常用于在线调试。
4. GPI：GPIO34-39只能设置为输入模式，不具备软件使能的上拉或下拉功能。
5. TXD & RXD：GPIO1和GPIO3通常用于烧录和调试。

接下来我们继续完成之前未完成的接线工作，然后再利用程序来控制小车的电动机运动起来。

我们首先要接的线就是从L298N模块引出的GND线，将其插入到ESP32扩展板上的GND排针上。因为在调试阶段，我们的L298N模块和电机使用的是锂电池供电，而ESP32开发板则直接使用USB供电，只有将这两种供电的地连接起来，我们ESP32的GPIO口输出的信号才有回路，才能够起到控制的作用。所以，这根导线千万不要忘记接，否则你的电动机是不会运动起来的。

然后，将IN1~IN8依次插入到ESP32模组可用GPIO对应的排针上。接好后的样子如下图所示。

我具体的连接方法如下表所示：

后边的开发都是依据这个表的配置来进行的。配置不一致的请在开发中做适当的调整。