GPIO的输入与输出 树莓派Pico与ESP32开发板输出输入例程【入门教程】

一：GPIO引脚输入与输出

GPIO（全称：General Purpose Input/Output，通用输入/输出） 是微控制器单片机（如 ESP32、树莓派、STM32等）与外部电路交互的核心通道。每个 GPIO 引脚都可以被编程配置为输入或输出模式。

1. 输出模式（Output Mode）

芯片内部通过电路控制引脚输出高电平（1，通常为 3.3V）或低电平（0，即 0V/GND）。

推挽输出（Push-Pull）： 最常用的模式，能主动输出高电平或低电平，适合驱动 LED、继电器、发送数字逻辑信号等。

开漏输出（Open-Drain）： 引脚只能主动拉低，高电平靠外部上拉电阻拉高。常用于线与逻辑（如 I2C）或电平匹配。

2. 输入模式（Input Mode）

芯片通过内部检测引脚当前的电平状态，将其读取为数字信号（高电平为 1，低电平为 0）。

浮空输入（Floating）： 引脚内部不接任何电阻。若外部悬空，易受环境电磁干扰，导致读取到的电平随机抖动。

上拉输入（Pull-Up）： 内部接一个上拉电阻到 VCC。当外部无输入时，默认读取为高电平。适合接按键（按键另一端接地，按下时变为低电平）。

下拉输入（Pull-Down）： 内部接一个下拉电阻到 GND。当外部无输入时，默认读取为低电平。适合接按键（按键另一端接 VCC，按下时变为高电平）。

二：Pico引脚输出/输入

1.引脚输出输入

在此示例中，使用 Pico 的 GP15 作为输入读取按键状态，使用 GP25（Pico 板载板载 LED）作为输出进行指示：当按键按下时（检测到低电平），点亮 LED。让我们从最基础的输出例子开始：使用输出电压来控制一颗 LED亮灭。

from machine import Pin
import time

# 配置 GPIO 25 为输出（控制 Pico 板载 LED）
led = Pin(25, Pin.OUT)

# 配置 GPIO 15 为输入，使能内部上拉电阻
# 按键接法：按键一端接 GP15，另一端接 GND
# 未按下时读到高电平(1)，按下时被拉低读到低电平(0)
button = Pin(15, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

while True:
    # 读取按键引脚状态
    btn_state = button.value()
    
    if btn_state == 0:  # 按键被按下（接地，低电平）
        led.value(1)    # 点亮 LED
        print("按键已按下，LED 点亮")
    else:
        led.value(0)    # 熄灭 LED
        
    time.sleep(0.05)    # 50ms 简单消抖与延时

代码说明：

首先导入必要的模块：Pin 用于引脚控制，time 用于延时

创建 Pin 对象，指定引脚号（GP0）和模式（输出）

在无限循环中：

使用 value(1) 使引脚输出高电平，点亮 LED

延时 1 秒

使用 value(0) 使引脚输出低电平，熄灭 LED

再延时 1 秒

2.读取按键输入状态

接下来我们学习如何读取数字输入，以读取A按键（GP22）输入为例，当按下时输入信号显示按键成功！

from machine import Pin
import time

# 初始化GP22为输入模式，并启用内部上拉电阻
# 这样未按下时为高电平(1)，按下时为低电平(0)
button_pin = Pin(22, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

# 用于记录按键状态，避免重复触发
last_state = 1
debounce_time = 0.05  # 50ms防抖时间

print("等待按键触发...")

while True:
    # 读取当前引脚状态
    current_state = button_pin.value()
    
    # 检测到从高电平变为低电平（按键按下）
    if current_state == 0 and last_state == 1:
        print("按键成功")
        # 短暂延时防抖
        time.sleep(debounce_time)
    
    # 更新上一次状态
    last_state = current_state
    
    # 短暂延时，降低CPU占用
    time.sleep(0.01)
    

显示效果：

代码说明：

引脚初始化：

我们将 GP22 配置为输入模式 Pin.IN

使用 Pin.PULL_UP 启用内部上拉电阻，这样在没有外部信号时，引脚会保持高电平

防抖处理：

加入了 50ms 的防抖时间 debounce_time，避免机械按键的抖动导致误触发

通过比较当前状态和上一次状态，只在状态变化时响应

检测逻辑：

当引脚从高电平 (1) 变为低电平 (0) 时，判定为按键按下

此时在终端打印 "按键成功" 的消息

低功耗考虑：

循环中加入了 10ms 的短暂延时，既保证了响应速度，又不会过度占用 CPU

你可以通过 Thonny IDE 运行这个程序，并在 Shell 窗口中看到 "按键成功" 的提示信息。如果需要，还可以在此基础上添加 LED 指示功能，让按键成功时 LED 点亮。

三：ESP32引脚输出/输入

在下面示例中，使用 ESP32 的 GPIO 18 作为输入读取按键状态，使用 GPIO 2（大部分 ESP32 开发板的板载 LED）作为输出：当按键按下时，点亮 LED。

#include <Arduino.h>

// 定义引脚编号
const int LED_PIN = 2;     // ESP32 板载 LED
const int BUTTON_PIN = 18; // 外部按键连接引脚

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 配置 LED 引脚为输出模式
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  // 配置按键引脚为上拉输入模式 (Input with Internal Pull-Up)
  // 按键接法：一端接 GPIO 18，另一端接 GND
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
  // 读取 GPIO 18 的数字电平 (HIGH/1 或 LOW/0)
  int buttonState = digitalRead(BUTTON_PIN);

  if (buttonState == LOW) { // 按键被按下（导通到 GND）
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // 输出高电平，点亮 LED
    Serial.println("按键已被按下，LED 亮");
  } else {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);  // 输出低电平，熄灭 LED
  }

  delay(50); // 50ms 延时
}