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，你可能看到過沒有ADC的單片機(jī)、沒有定時器的單片機(jī)或者沒有串口的單片機(jī)，但是沒有GPIO的單片機(jī)是不存在的。

本篇教程不會過多去講解電路層面的原理，但會用實例演示GPIO的各方面特性。

首先讓我們看看本篇教程用到的開發(fā)板——Bread board。

一塊和面包板“天衣無縫”結(jié)合的開發(fā)板

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

在控件界面里，能看到兩個設(shè)置組。一個是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，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使能沒打開。二是深度優(yōu)化，用于把不需要的gpio庫函數(shù)優(yōu)化掉，理由同第一點，沒事別優(yōu)化！

在上圖中，我們可以看到gpio庫一共有10個函數(shù)。接下來我們一一講解。

• gpio_write：這是一個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);的效果其實等同P0=0x06;其實該函數(shù)的作用主要還是提供給其他并口通信的外設(shè)庫使用。

• gpio_read：這是一個8位IO口讀函數(shù)，可以一次性讀整個P口8個腳的數(shù)據(jù)。val=gpio_read(GPIO_P0);的效果等同于val=P0;所以就算是我，也會因為字?jǐn)?shù)原因懶得用。不過它與直接用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)行的時候修改的。因此在外設(shè)庫使用該函數(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：既然說到I/O，當(dāng)然核心就是這兩個函數(shù)啦。這兩個函數(shù)主要用于讀取某一個IO口的電平值和寫某一個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，做成庫函數(shù)的最大優(yōu)點，便是IO作為參數(shù)，可以隨意切換，甚至在單片機(jī)運(yùn)行時切換都可以（具體的例子在解說外設(shè)庫的復(fù)用性時詳細(xì)說明）。

• gpio_toggle：IO電平的翻轉(zhuǎn)函數(shù)，假設(shè)某個IO口原來是高電平，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：這三個函數(shù)是上面列舉的那三個的快速運(yùn)行版，只會用在外設(shè)庫中，學(xué)習(xí)本教程的時候可以不用管他們。.

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;這就不得不說數(shù)字電路的一個特性了（電路基礎(chǔ)穩(wěn)固的人可以跳過這一段）：數(shù)字電路里只有兩個明確狀態(tài)——0和1。0和1是一個虛擬的概念，是我們?nèi)藶槎x出來的。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。因為數(shù)字電路就是圍繞著1和0設(shè)計的，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！

還記得文章開頭的LED嗎？LED點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）。那么如果你想點亮LED，在這個電路中，只要使P3.7腳輸出高電平3.3V就行了。那么立刻用庫函數(shù)寫一遍吧：

#include "ecbm_core.h" //加載庫函數(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腳的電壓將會是0V，而LED兩端都是0V，LED就不會亮了。

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

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獨立的時候，一切都好理解。但是當(dāng)兩個IO連在一起的時候呢？如果一個IO輸出高電平，另一個輸出低電平，那么連起來會是什么電平呢？這種感覺就像是拔河，一個IO把電平往VCC拉，另一個IO把電平往GND拉。如果兩個勢均力敵的話，可能到2090年都不會有結(jié)果。所以為了讓電平明確，必須讓其中一個更“弱”一些。當(dāng)初的設(shè)計者們選擇了讓“上拉”的能力弱一些。這樣再來競爭的時候，電平會立刻被更強(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”這個名字來源于“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)時的設(shè)計者也知道，弱上拉模式雖然解決了競爭問題，但是如果驅(qū)動的電路里沒有競爭，又特別需要高電平驅(qū)動呢？于是推挽模式就出來了，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)動被動元件（就比如本篇提到的驅(qū)動LED燈）或者和外界的單向通信（只輸出不輸入）。

高阻模式：有些朋友可能要問了，上面兩個模式都會使得IO上有一個確定的電平，那么這個電平會不會影響到我要讀取的信息呢？這個確實是有可能的，如果某個電路設(shè)計不好或者導(dǎo)線阻值影響等因素導(dǎo)致了目標(biāo)信號的對上拉和下拉都很敏感，那么IO的默認(rèn)電平是會有影響的。又或者一個帶ADC的單片機(jī)，想讀目標(biāo)器件輸出的電壓值，那么這個電壓值被IO的電平這么一拉，就不是原來的值了。針對這種情況，高阻模式被設(shè)計出來。它的特點就是斷開了所有上下拉電路，使得IO不輸出電平值。沒錯，“高阻”并不是讓IO輸出電壓為0V，那個叫輸出低電平。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。因此這個模式主要是用于輸入的。同時由于它什么都不輸出的特性，也會用在端口復(fù)用上，保證端口不會被上下拉影響。

開漏模式：和推挽一樣，“開漏”這個名字也是來源于內(nèi)部電路構(gòu)造的名字。其實就是把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)處于開漏模式就安全了（同時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)輸出高電平的時候，由于上拉能力沒有了，連線的電平會被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，那么連線電平會被拉到低電平。這樣一來，連線上的電平就不會超過3.3V單片機(jī)的電源，就不會燒壞單片機(jī)了。

四種模式都講解完了，那么能解決LED亮度的問題的辦法就出來了。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。

兩個參數(shù)，一個是要設(shè)置的IO口，一個是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。

最后一個函數(shù)gpio_uppull其實用處不大，僅在某些應(yīng)用會用到，比如IIC通信要求IO是開漏模式同時外接上拉電阻。而STC8內(nèi)置了上拉電阻，可以節(jié)省一些元件錢。該函數(shù)就是用來打開和關(guān)閉上拉電阻的。在IIC章的時候會說明它。

對于這篇文章，還有什么不懂的問題呢？歡迎留言告訴我。

預(yù)告：下一篇文章中，會講解外部中斷的應(yīng)用，敬請期待。

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的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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