# GPIO
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## GPIO接口
### 概要
  本节讲解`machine` 模块中的`Pin`类以及数字信号的相关概念。
#### 什么是GPIO
- GPIO（General-purpose input/output）即通用型输入输出。
- GPIO控制器通过分组的方式管理所有GPIO管脚，每组GPIO有一个或多个寄存器与之关联，通过读写寄存器完成对GPIO管脚的操作。
#### 预备知识
##### 电信号
  信号是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。**电信号是指随着时间而变化的电压或电流**，因此在数学描述上可将它表示为时间的函数，并可画出其波形。由于非电的物理量可以通过各种传感器较容易地转换成电信号，而电信号又容易传送和控制，所以使其成为应用最广的信号。
  在电子线路中，我们将电信号进行如下的划分：
- 模拟信号
- 数字信号
##### 模拟信号
  模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为**连续**的信号。
  广播的声音信号，或图像信号等生活中许多常见的信号，都是模拟信号。
##### 数字信号
  数字信号是指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。在这种二进制体系中，我们用 0 表示 `低电平`, 1表示 `高电平`。很可能你会问，高低电平指什么？
##### 高低电平
  你可以简单的理解为较高的电压为高电平，较低的电压自然就是低电平。当然，肯定有一套判定高低电平的准则：
**一般规定低电平为0~ 0.25V，高电平为3.5~5V。**
  当然对于有些不同的芯片或者电路模组，对高电平或低电平的定义可能会有所差异。
##### 上升沿 下降沿
  当低电平突然跃升为高电平时，电信号的变化时间极快，几乎呈直角，从低电平直线攀升至高电平，这个电平跳变的过程我们称之为**上升沿**
  当高电平突然下降为低电平时，电信号的变化时间极快，几乎呈直角，从高电平直线跌入低电平，这个电平跳变的过程我们称之为**下降沿**
  同时从上面这张图你也可以看出，在数字信号中，我们的电压变化理论上只有 低电平0 或 高电平1，因此我们的数字信号能够更好的被计算机所理解，并进行快速的运算。
#### GPIO端口通用方法集合
  GPIO控制器通过分组的方式管理所有GPIO管脚，包括：
- 设置管脚方向： 方向可以是输入或者输出(暂不支持高阻态)
- 读写管脚电平值： 电平值可以是低电平或高电平
## GPIO引脚定义
  GPIO拥有0~14 共15个引脚。
  其中引脚号直接对应于Waffle Nano 硬件实际物理引脚排布。
  并且注意，在硬件屏幕接入到Waffle Nano开发板上时,引脚号为`IO6`、`IO7`、`IO8`、`IO11`硬件引脚（下图中带有*号的引脚）已被屏幕占用，不建议二次使用。
  pin 0的功能如下：
| **功能** |
| --------- |
| GPIO0 |
| UART1 TXD |
| SPI1 CK |
| JTAG TD0 |
| PWM3 OUT |
| I2C1 SDA |
  pin 1的功能如下：
| **功能** |
| --------- |
| GPIO1 |
| UART1 RXD |
| SPI1 RXD |
| JTAG TCK |
| PWM4 OUT |
| I2C1 SCL |
| BT FREQ |
  pin 2的功能如下：
| **功能** |
| ---------- |
| GPIO2 |
| UART1 RTS |
| SPI1 TXD |
| JTAG TRSTN |
| PWM2 OUT |
| SSI CLK |
  pin 3的功能如下
| **功能** |
| --------- |
| GPIO3 |
| UART0 TXD |
| UART1 CTS |
| SPI CSN |
| JTAG TDI |
| PWM5 OUT |
| I2C1 SDA |
| SSI DATA |
  pin 4的功能如下：
| **功能** |
| --------------------------------- |
| GPIO |
| UART0_RXD |
| JTAG_TMS |
| PWM1_OUT |
| I2C1_SCL |
  pin 5的功能如下：
| **功能** |
| --------- |
| GPIO5 |
| UART1 RXD |
| SPI0 CSN |
| PWM2 OUT |
| I2C0 MCLK |
| BT STATUS |
  pin 6的功能如下：
| **功能** |
| ----------- |
| GPIO6 |
| UART1 TXD |
| SPI0 CK |
| PWM3 OUT |
| I2S0 TX |
| COEX switch |
  pin 7的功能如下：
| **功能** |
| --------- |
| GPIO7 |
| UART1 CTS |
| SPI0 RXD |
| PWM0 OUT |
| I2S0 BCLK |
| BT ACTIVE |
  pin 8的功能如下：
| **功能** |
| ----------- |
| GPIO8 |
| UART1 RTS |
| SPI0 TXD |
| PWM1 OUT |
| I2S0 WS |
| WLAN ACTIVE |
  pin 9的功能如下：
| **功能** |
| --------- |
| GPIO9 |
| I2C0 SCL |
| UART2 RTS |
| SDIO D2 |
| SPI0 TXD |
| PWM0 OUT |
| I2S0 MCLK |
  pin 10的功能如下：
| **功能** |
| --------- |
| GPIO10 |
| I2C0 SDA |
| UART2 CTS |
| SDIO D3 |
| SPI0 CK |
| PWM1 OUT |
| I2S0 TX |
  pin 11的功能如下：
| **功能** |
| ------------ |
| GPIO11 |
| UART2 TXD |
| SDIO CMD |
| SDIO RXD |
| PWM2 OUT |
| RF TX_EN_EXT |
| I2S0 RX |
  pin 12的功能如下：
| **功能** |
| ------------ |
| GPIO12 |
| SUART2 RXD |
| SDIO CLK |
| SDIO CSN |
| PWM3 OUT |
| RF RX_EN_EXT |
| I2S0 BCLK |
  pin 13的功能如下：
| **功能** |
| --------- |
| SSI DATA |
| UART0 TXD |
| UART2 RTS |
| SDIO D0 |
| GPIO13 |
| PWM4 OUT |
| I2C0 SDA |
| I2S0 WS |
  pin 14的功能如下：
| **功能** |
| --------- |
| SSI CLK |
| UART0 RXD |
| UART2 CTS |
| SDIO D1 |
| GPIO14 |
| PWM5 OUT |
| I2C0 SCL |
## machine.Pin API详解
  使用`from machine import Pin`导入 `machine` 模块的硬件类 `Pin`
  再使用 `TAB` 按键来查看 `Pin` 中所包含的内容：
```python
>>> from machine import Pin
>>>Pin.
value GPIO IN OUT
PULL_DOWN PULL_MAX PULL_NONE PULL_UP
init off on
```
### 宏定义
  下面的宏定义用于配置pin，也就是将对应编号的真实的管脚配置成输入或者输出或者其他模式
| 宏定义 | 含义 |
| ------------- | :--------------- |
| Pin.GPIO | 作为GPIO接口 |
| Pin.IN | 信号输入 |
| Pin.OUT | 信号输出 |
| Pin.PULL_DOWN | 是否接入下拉电阻 |
| Pin.NONE | 无上拉、下拉电阻 |
| Pin.PULL_UP | 是否接入上拉电阻 |
  注意：不是每个端口都有下面的全部属性。例如某些引脚只能输入不能输出
  其中的 Pin.OUT 为信号输出，而 Pin(2, Pin.OUT) ，就是将GPIO2 设置为输出模式
### 类
  class machine.Pin(id[, mode[, func]]])
  id ：任意引脚号
  mode ：引脚模式
- Pin.IN — 输入
- Pin.OUT — 输出
- None — 无上拉、下拉电阻
- Pin.PULL_UP — 上拉电阻
- Pin.PULL_DOWN — 下拉电阻
 func ：引脚功能
- Pin.GPIO ——GPIO
### 定义Pin
  示例：
```python
>>> from machine import Pin
>>>
>>> gpio = Pin(2, Pin.OUT, func=Pin.GPIO) #将GPIO 2 设置为输出模式
```
### 函数
#### Pin.init([mode])
  函数说明：初始化引脚。
  mode ：
- Pin.IN — 输入
- Pin.OUT — 输出
  示例：
```python
>>> from machine import Pin
>>> pin = Pin(2)
>>> pin.init(Pin.OUT) #也可以写作pin.init(Pin.OUT)，初始化2号引脚的输出模式
```
#### Pin.value([value])
  函数说明：获取或设置引脚电平状态，根据引脚的逻辑电平返回0或1。
  注意：不带参数时是读取输出电平，带参数时是设置输出电平。
  value ：可以是 True / False ，也可以是 1 / 0 。
  示例：
```python
>>> pin2 = Pin(2,Pin.OUT) #设置2号引脚为输出模式
>>> pin2.value() #读取2号引脚输出电平
0
>>> pin2.value(True) #设置2号引脚输出电平为高电平
>>> pin2.value()
1
>>> pin2.value(0) #设置2号引脚输出电平为低电平
>>> pin2.value()
0
```
#### Pin.on()
  函数说明：设置引脚输出电平状态返回1。
  示例：
```python
>>>p9=Pin(9,Pin.OUT)
>>>p9.on()
>>>p9.value()
```
#### Pin.off()
  函数说明：设置引脚输出电平状态为0。
  示例：
```python
>>>p9=Pin(9,Pin.OUT)
>>>p9.off()
>>>p9.value()
```
## 示例
  对waffle nano的一些GPIO引脚输入或输出模式进行设置，看其电压变化如何。
```python
from machine import Pin
p9 = Pin(9, Pin.OUT)
p9.value(1)
p9.value(0)
print(p9.value())
p2 = Pin(2, Pin.IN)
print(p2.value())
```
- 第一行导入 machine 模块的硬件类 Pin
- 第二行把waffle nano默认的GPIO 9号引脚设置为输出模式
- 第三行把GPIO 9号引脚输出电压设置为高电压1
- 第五行把GPIO 9号引脚输出电压设置为低电压0
- 所以打印出的GPIO 9号引脚输出电压为低电压0
- 第七行把waffle nano默认的GPIO 2号引脚设置为输入模式
- 打印出的GPIO 2号引脚输入电压使用 from machine import Pin 导入 machine