玩转 ESP32 + Arduino (三) GPIO和串口

作者: 熊爸天下_56c7 | 来源:发表于2020-08-29 00:58 被阅读0次

我用的 ESP32 DEVKIT V1
引脚图

原理图

【腾讯文档】ESP32引脚功能筛选器https://docs.qq.com/sheet/DWXpUWVFMZWlQZGl4

一、GPIO

1、初始化GPIO

pinMode(pin, mode)

作用：设置一个引脚（pin）作为GPIO时的I/O模式。

参数：

pin：引脚编号

mode：GPIO的I/O模式，取值有3种

INPUT ：作为数字输入

OUTPUT ：作为数字输出

INPUT_PULLUP：作为数字输入，且使能引脚的内部上拉电阻

注意：

a、引脚作为PWM输出时，无需先前使用pinMode配置其模式，因为PWM本身就代表了输出的意思。且官方库源代码中可以发现，它已经帮我们配置为输出了。

b、模拟引脚也可以作为数字引脚使用，完全OK。这在数字引脚不够用的情况下非常有用。

2、GPIO数字输出

digitalWrite(pin,value)

作用：设置一个数字输出引脚的输出电平值，HIGH或者LOW。

参数：

pin：引脚编号。此引脚必须在之前使用pinMode设置为OUTPUT模式。

value：2个值

LOW：输出低电平

HIGH：输出高电平

3、GPIO数字输入

int digitalRead(pin)

作用：读取一个数字输入引脚的电平值。

返回：HIGH（高电平）或者LOW（低电平）。

参数：

pin：引脚编号。

示例 : 按键控制灯亮灭

void setup()
{
  pinMode(2,OUTPUT);
  pinMode(0,INPUT_PULLUP);
}

void loop()
{
  if(digitalRead(0))
  {
    while(digitalRead(0));
    digitalWrite(2,!digitalRead(2));
  }
}

4、GPIO模拟输入:analogRead(pin)

注意 : 模拟输入是通过PWM实现的, 所以不需要初始化PIN

analogRead(4)

5. 模拟信号输入分辨率: analogSetWidth(bit);

bit的值	范围
9	0~511
10	0~1023
11	0~2047
12(默认)	0~4095

6. 模拟信号输出 (基于LEDC)

LEDC是基于PWM调制实现模拟输出的.
与arduino uno主板不同, ESP32的PWM模拟是一个个通道共16个, 通道可以映射到引脚上. 引脚就可以输出PWM信号了.

6.1 设置通道 ledcSetup(channel,freq,bit_num)

参数:

channel : LEDC的PWM通道参数,可选0~15
freq : 10Hz到40MHz , 但较高的频率精确度低
bit_num: 占空比分辨率(可选1~16), 比如bit_num=8 则范围 0~2的8次方 , 也就是0~255

推荐的配置:

频率	位深	过渡的可用步骤
1220赫兹	16	65536
2441赫兹	15	32768
4882赫兹	14	16384
9765Hz	13	8192
19531赫兹	12	4096

ledcSetup(1,1200,16);

6.2 通道与引脚映射 ledcAttachPin(pin,channel)

  ledcAttachPin(5,1);

注意: 一个通道可以同时映射多个引脚

6.3 取消引脚的PWM映射 ledcDetachPin(pin)

ledcDetachPin(5);

6.4 向指定通道写入占空比 ledcWrite(channel,duty)

例: 呼吸灯

bool add_status = true;
void setup()
{
  pinMode(2,OUTPUT);
  ledcSetup(2,1200,8);
  ledcAttachPin(2,2);
}

void loop()
{
   for(int i = 0 ; i<256; i++)
   {
    if(add_status)
    {
      ledcWrite(2,i);
    }
    else
    {
      ledcWrite(2,256-i);
    }
    delay(5);
  }
  add_status = !add_status;
}

例子, 全彩呼吸灯

#include <Arduino.h>

#define LED_R 27
#define LED_G 33
#define LED_B 32

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  ledcSetup(1, 1200, 8);
  ledcSetup(2, 1200, 8);
  ledcSetup(3, 1200, 8);

  ledcAttachPin(LED_R, 1);
  ledcAttachPin(LED_G, 2);
  ledcAttachPin(LED_B, 3);

  ledcWrite(1, 255);
  ledcWrite(2, 255);
  ledcWrite(3, 255);
}

void loop()
{
  for (int i = 0; i < 510; i++)
  {
    if (i >= 0 && i < 255)
      ledcWrite(1, 255 - i);
    if (i >= 255 && i < 510)
      ledcWrite(1, i - 255);

    if (i >= 0 && i < 170)
      ledcWrite(2, 85 + i);
    if (i >= 170 && i < 425)
      ledcWrite(2, 425 - i);
    if (i >= 425 && i < 510)
      ledcWrite(2, i - 425);

    if (i >= 0 && i < 85)
      ledcWrite(3, 85 - i);
    if (i >= 85 && i < 340)
      ledcWrite(3, i - 85);
    if (i >= 340 && i < 510)
      ledcWrite(3, 595 - i);
    delay(10);
  }
}

6.5 向指定通道输出指定频率的音符信号 ledcWriteTone(channel, freq)

6.6 向指定通道输出指定的音符和音阶 ledcWriteNote(channel,note,octava)

参数

note : 音符可选(NOTE_C, NOTE_Cs, NOTE_D, NOTE_Eb, NOTE_C......)
octava : 音阶 , 可选0~7

7. 模拟信号输出函数 (基于DAC)

ESP32提供了两个DAC通道, 对应引脚25 , 26. 精度为8位.

dacWrite(pin,value);

value取值: 0~255

void setup()
{

}

void loop()
{
   for(int i = 0 ; i<256; i++)
   {
    dacWrite(25,i);
    delay(10);
  }
}

二、串口打印 UART

ESP32共有3个UART端口, 其中UART1用于Flash读/写.

串口名	Arduino名	TX	RX
UART0	Serial	pin1	pin3
UART1	Serial1	pin10	pin9
UART2	Serial2	pin17	pin16

1、串口初始化

Serial.begin(speed, config)

参数：
- speed：波特率，一般取值9600,115200等。
- config：设置数据位、校验位和停止位。默认SERIAL_8N1表示8个数据位，无校验位，1个停止位。
返回值：无。

2、关闭串口

Serial.end()

描述：禁止串口传输。此时串口Rx和Tx可以作为数字IO引脚使用。
原型：Serial.end()
参数：无。
返回值：无。

3、串口打印

Serial.print()

描述：串口输出数据，写入字符数据到串口。
原型：
- Serial.print(val)
- Serial.print(val, format)
参数：
- val：打印的值，任意数据类型。
- config：输出的数据格式。BIN(二进制)、OCT(八进制)、DEC(十进制)、HEX(十六进制)。对于浮点数，此参数指定要使用的小数位数。

4、串口输出数据并换行 println() 和 printf()

Serial.println()
Serial.printf()

描述：串口输出数据并换行。
原型：
- Serial.println(val)
- Serial.println(val, format)
参数：
- val：打印的值，任意数据类型。
- config：输出的数据格式。
返回值：返回写入的字节数。

附: 常用格式字符及转义字符

字符	说明
%o	八进制整数输出
%d	十进制整数输出
%x	十六进制整数输出
%f	浮点输出,默认6位小数
%c	单字符输出
%s	字符串输出
\n	换行
\r	回车
\t	Tab制表符

5、将二进制数写入串口

Serial.write()

描述
将二进制数据写入串行端口。该数据以字节或一系列字节的形式发送；要发送代表数字数字的字符，请改用print（）函数。
句法
*Serial*.write(val)
*Serial*.write(str)
*Serial*.write(buf, len)
参量
*Serial*：串行端口对象。请参阅“ 串行”主页上每个板的可用串行端口列表。
val：要作为单个字节发送的值。
str：作为一系列字节发送的字符串。
buf：要作为一系列字节发送的数组。
len：要从数组发送的字节数。
退货
write()将返回写入的字节数，尽管读取该数字是可选的。资料类型：size_t。

6、判断串口缓冲区的状态

Serial.available()

描述：判断串口缓冲区的状态，返回从串口缓冲区读取的字节数。
原型：Serial.available()
参数：无。
返回值：可读取的字节数。

7、读取串口数据

Serial.read()
描述：读取串口数据，一次读一个字符，读完后删除已读数据。

原型：Serial.read()
参数：无。
返回值：返回串口缓存中第一个可读字节，当没有可读数据时返回-1，整数类型。

#include <Arduino.h>
char rev;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  if(Serial.available())
  {
    rev=Serial.read();
    Serial.print("rev=");
    Serial.println(rev);
    }
}

Serial.readBytes()

描述：从串口读取指定长度的字符到缓存数组。
原型：Serial.readBytes(buffer, length)
参数：
- buffer：缓存变量。
- length：设定的读取长度。

返回值：返回存入缓存的字符数。

Serial.readString（）

描述

Serial.readString()从串行缓冲区读取字符到字符串。如果超时，该函数将终止。

Serial.readString()从Stream实用程序类继承。

句法

*Serial*.readString()

参量

*Serial*：串行端口对象。请参阅“ 串行”主页上每个板的可用串行端口列表。

返回值

一个String从串行读缓冲器

Serial.readStringUntil（）

描述
readStringUntil()从串行缓冲区读取字符到字符串。如果超时，该函数将终止（请参见setTimeout（））。
Serial.readStringUntil()从Stream实用程序类继承。
句法
*Serial*.readStringUntil(terminator)
参量
*Serial*：串行端口对象。请参阅“ 串行”主页上每个板的可用串行端口列表。
terminator：要搜索的字符。允许的数据类型：char。
返回值
String从串行缓冲区的整个读取，直到终止符

注意和警告
终止符将从串行缓冲区中丢弃。

Serial.find（）

描述
Serial.find()从串行缓冲区读取数据，直到找到目标为止。true如果找到目标，函数将返回false超时。
Serial.find()从流实用程序类继承。
句法
*Serial*.find(target)
*Serial*.find(target, length)
参量
*Serial*：串行端口对象。请参阅“ 串行”主页上每个板的可用串行端口列表。
target：要搜索的字符串。允许的数据类型：char。
length：目标的长度。允许的数据类型：size_t。
返回值
资料类型：bool。

Serial.findUntil（）

描述
Serial.findUntil() 从串行缓冲区读取数据，直到找到给定长度的目标字符串或终止符字符串。
如果找到目标字符串，则该函数返回true；如果超时，则返回false。
Serial.findUntil()从Stream实用程序类继承。
句法
*Serial*.findUntil(target, terminal)
参量
*Serial*：串行端口对象。请参阅“ 串行”主页上每个板的可用串行端口列表。
target：要搜索的字符串。允许的数据类型：char。
terminal：搜索中的终端字符串。允许的数据类型：char。
返回值
资料类型：bool。

Serial.parseFloat（）

描述
Serial.parseFloat()从串行缓冲区返回第一个有效的浮点数。parseFloat()以不是浮点数的第一个字符终止。如果超时，该函数将终止（请参见Serial.setTimeout（））。
Serial.parseFloat()从Stream实用程序类继承。
句法
*Serial*.parseFloat()
*Serial*.parseFloat(lookahead)
*Serial*.parseFloat(lookahead, ignore)
参量
*Serial*：串行端口对象。请参阅“ 串行”主页上每个板的可用串行端口列表。
lookahead：用于在流中向前查询浮点数的模式。允许的数据类型：LookaheadMode。允许lookahead值：

SKIP_ALL：扫描流中的浮点数时，除负号，小数点或数字以外的所有字符都将被忽略。这是默认模式。
SKIP_NONE：任何内容都不会被跳过，除非第一个等待的字符有效，否则流不会被触摸。
SKIP_WHITESPACE：仅跳过制表符，空格，换行符和回车符。
ignore：用于跳过搜索中指示的字符。例如，用于跳过数千个分频器。允许的数据类型：char
返回值：
类型：float。

Serial.parseInt（）

描述
在输入的序列中查找下一个有效整数。如果超时，该函数将终止（请参见Serial.setTimeout（））。
Serial.parseInt()从Stream实用程序类继承。
尤其是：

如果没有读取到可配置的超时值的字符，或者读取了非数字，则分析停止。
如果在发生超时（请参见Serial.setTimeout（））时未读取到有效数字，则返回0；否则返回0。

句法
*Serial*.parseInt()
*Serial*.parseInt(lookahead)
*Serial*.parseInt(lookahead, ignore)
参量
*Serial*：串行端口对象。请参阅“ 串行”主页上每个板的可用串行端口列表。
lookahead：用于在流中向前搜索整数的模式。允许的数据类型：LookaheadMode。允许lookahead值：

SKIP_ALL：扫描流中的整数时，将忽略数字或减号以外的所有字符。这是默认模式。
SKIP_NONE：任何内容都不会被跳过，除非第一个等待的字符有效，否则流不会被触摸。
SKIP_WHITESPACE：仅跳过制表符，空格，换行符和回车符。

ignore：用于跳过搜索中指示的字符。例如，用于跳过数千个分频器。允许的数据类型：char
返回值
下一个有效整数。资料类型：long。

8.判断串口是否就绪** Serial

描述

指示指定的串行端口是否已就绪。

在具有本地USB的板上if (Serial)（或if(SerialUSB)在Due上）指示USB CDC串行连接是否打开。对于所有其他板卡和非USB CDC端口，这将始终返回true。

这是在Arduino IDE 1.0.1中引入的。

句法

if (Serial) while (!Serial) 等等

参量

没有

返回值

如果指定的串行端口可用，则返回true。如果在准备就绪之前查询Leonardo的USB CDC串行连接，则仅返回false。类型：bool。

9、设置串口超时**

Serial.setTimeout（）

描述
Serial.setTimeout()设置等待串行数据的最大毫秒数。默认值为1000毫秒。
Serial.setTimeout()从Stream实用程序类继承。
句法
*Serial*.setTimeout(time)
参量
*Serial*：串行端口对象。请参阅“ 串行”主页上每个板的可用串行端口列表。
time：超时时间（以毫秒为单位）。允许的数据类型：long。
退货
没有

注意和警告
使用通过*Serial*.setTimeout()以下方式设置的超时值的串行函数：

*Serial*.find()
*Serial*.findUntil()
*Serial*.parseInt()
*Serial*.parseFloat()
*Serial*.readBytes()
*Serial*.readBytesUntil()
*Serial*.readString()
*Serial*.readStringUntil()

也可以看看

void setup() {
  //Initialize serial and wait for port to open:
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for native USB
  }
}

void loop() {
  //proceed normally
}

/*
   Serial
   串口通讯实验
*/
int incomedate = 0;
void setup() {

  Serial.begin(9600); //设置串口波特率9600

  Serial.println(78, BIN);// "1001110"
  Serial.println(78, OCT);// "116"
  Serial.println(78, DEC);// "78"
  Serial.println(78, HEX);// "4E"
  Serial.println(1.23456, 0);// "1"
  Serial.println(1.23456, 2);// "1.23"
  Serial.println(1.23456, 4);// "1.2346"
  Serial.println('N');// "N"
  Serial.println("Hello world.");// "Hello world."
}
void loop() {

  if (Serial.available() > 0)//串口接收到数据
  {
    incomedate = Serial.read();//获取串口接收到的数据
    if (incomedate == 'H')
    {
      Serial.println("Good Job!");
    }
  }
  delay(1000);
}

使用的串口Serial其实是HardwareSerial类的实例化，实例化过程中传入了串口号，实现过程如下：

三. Serial1 和 Serial2 的使用

ESP32有三个串口，串口0，串口1，串口2.

名称	标号	引脚	可用否
串口0	Serial	TX 是 GPIO1， RX 是 GPIO 3	可用,很多开发板默认用此连接USB/串口换芯片
串口1	Serial1	TX 是 GPIO10， RX 是 GPIO 9	不可用,默认被Flash占用
串口2	Serial2	TX 是 GPIO17， RX 是 GPIO 16	可用

arduino-esp32 中定义了 Serial，Serial1，Serial2 三个对象， Serial1 是无法拿来直接使用， Serial 和 Serial2 可以正常使用，所有除了Serial之外, Serial2 直接使用即可, 引脚接17 ,16
下面, 我们将上面的例子改为Serial2发送, Serial接受并打印

#include <Arduino.h>
String rev;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial2.begin(115200);
}

void loop() {
  if(Serial2.available())
  {
    rev=Serial2.readString();
    Serial.println("This is ESP32 (serial0)");
    Serial.print("rev from serial2: ");
    Serial.println(rev);
    }
}