Arduino数字引脚作为GPIO的使用

引脚与GPIO的关系

引脚（pin）是对芯片的外部物理接口的一个称呼，它是在不把这个物理接口投入到具体应用场合下的称呼。例如，我们可以说，某某芯片的P1.5引脚可以作为GPIO驱动外部数字设备，也可以作为串口接受引脚接受串口数据。那么P1.5就是一个引脚（pin），而作为GPIO或UART的RX就是这个引脚的2个功能。
所以我们可以发现：
1、大多数MCU的引脚都不止一个功能。不同引脚内部结构不一样，拥有的功能也不一样。通过不同的配置，切换引脚的实际功能。
2、不是所有的引脚都能在程序中使用，比如芯片的Vcc和GND，除了供电，就没做其他的用处。

本文介绍的是Arduino的数字引脚作为GPIO的使用。

数字引脚函数

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

Arduino的引脚，在上电时默认就是输入模式，但最好使用pinMode设置，更加明确。
当配置引脚为数字输入模式时，引脚表现为高阻抗状态，引脚内部的电流非常小，就如同在引脚前接了一个100M欧姆的电阻一样。这也意味外部转换引脚的电平只需很小的电流输入即可。

当使用INPUT模式时，引脚作为数字输入，但是不连接任何的拉电阻，处于悬空转态，容易受电子噪声干扰而随机的改变其电平状态。一般来说，当引脚作为数字输入使用时，都让引脚连接一个拉电阻：上拉电阻（引脚电平拉高到+5V或者+3.3V）或者下拉电阻（引脚电平拉低到GND）。可以使用Arduino引脚内部的上拉电阻（绝大多数AVR芯片为20K~50K，而Due则是50K~150K，具体参考MCU的数据手册），或者自己外接拉电阻，外接拉电阻阻值一般使用10K的。

关于上拉和下拉电阻，可以参考-->上拉电阻和下拉电阻

当使用INPUT_PULLUP模式时，引脚作为数字输入，且使能内部上拉电阻。13号引脚不建议作为数字输入引脚使用。因为13脚默认连接了一个板载的LED灯，即便是你使能了上拉电阻，LED的电阻会拉低电压，使得引脚依然是低电平。如果你非要使用13作为输入，那就外置拉电阻。

当使用OUTPUT模式时，引脚作为数字输出，引脚表现为低阻抗，输出的电流大，高达40mA，足够驱动一些基本的设备，如LED小灯。但不足以驱动马达等对电流要求很高的元件。

注：
1、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。

void analogWrite(uint8_t pin, int val)
{
    pinMode(pin, OUTPUT);
    if (val == 0){
        digitalWrite(pin, LOW);
    }
     //...
}

 
2、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。

使用如下宏函数将一个模拟引脚编号映射到数字引脚编号上去，以便数字函数能识别。这个函数是Arduino内置的，无需包含头文件。

#define analogInputToDigitalPin(p)  ((p < 6) ? (p) + 14 : -1)

下面是示例代码

//使用模拟引脚A0作为数字输出驱动LED小灯，Blink程序。
int LEDpin  = analogInputToDigitalPin(A0);

void setup() {
  pinMode(LEDpin, OUTPUT);
  digitalWrite(LEDpin, LOW);
}

void loop() {
  digitalWrite(LEDpin, HIGH);
  delay(200);
  digitalWrite(LEDpin, LOW);
  delay(200);

}

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





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。