1.2.2 GPIO输入输出操作

1.硬件介绍

我们选用叶帆科技公司的YF3300 4G-Cat1的物联网入门级网关（如1.1.4小节中，图1.1.10的左图所示）作为本节示例的硬件。

YF3300 4G-Cat1版自带一个移动的ML302模块，包含1路RS485、1路RS232，三路状态灯，此外还包含2路开关量输入，1路开关量继电器输出（如图1.2.19所示）。在此，我们仅关心状态指示灯、开关量输入和继电器输出。

2. GPIO接口介绍

所谓的开关量输入输出，对应的是MCU主芯片上一个个PIN脚，这些PIN脚称为GPIO。所谓GPIO就是General Purpose input/output通用输入输出的简称。

每个GPIO具体是通用输入、输出管脚，还是串口、I2C或SPI等标准通信管脚，要通过设置芯片中的寄存器决定。设定好GPIO的类型后，如果是输入，则读对应的寄存器，观察相应标志位的值，确定是否有输入。如果是输出，则写对应的寄存器，PIN脚会输出一个对应的电平信号。

GPIO端口有一个高位状态（正电压，通常为3.3V或5V），对应逻辑上的1和一个低位状态（0V电压），对应逻辑上的0。而在实际硬件中，0~1V之间的电压通常被认定为低位状态，而在1.7~5.5V的电压则通常被认定为高位状态。

由于GPIO输入电压过低，针对开关量输入，外部通过一个光耦中转给MCU管脚。这样输入的电压范围可以是0~24V（0~1V为0，大于2V为1）。

另外由于芯片的GPIO驱动能力比较弱，电流最大才20mA，为了驱动继电器和电气隔离，我们采用了三极管+光耦的电路，可以让芯片上的GPIO安全、轻松地控制继电器的开和闭。

3. GPIO标准输入输出库

针对GPIO输出，.NET Micro Framework提供了OutputPort类。构造函数比较简单，输入对应的PIN脚和初始逻辑状态即可。

设置PIN脚状态，提供了Write函数，参数直接输入True或False即可。

获取PIN脚状态，提供了Read函数，无须输入参数。

下面的代码示例就是LED状态灯每秒闪烁一次的核心代码。

再看一段实现同样功能的C语言代码。

相对于同样功能的C语言代码，采用C#开发，可以看出是真正采用面向对象的思想来进行代码设计的，掩藏了很多硬件的细节，比较适合刚入门的物联网技术开发者，特别是从软件开发转向硬件开发的人，不需要查看原理图（从中查看对应的PIN脚），不需要了解太多PIN脚的类型和速度模式，也不需要搞清楚PIN脚电平的上下拉，更不需要写嵌入式开发必不可少的时钟配置等相关代码。

当然以上代码开发编写完毕后，要下载到对应的硬件进行调试，必须了解JTAG调试器（仿真器）相关知识（有不少类型的调试器可供选择），配置好相关参数，才能成功把相关代码下载到硬件MCU中。所以嵌入式开发门槛还是有些高的，特别是C/C++语言开发，指针使用不当或内存分配和释放的失误，导致的各种BUG是非常难以定位的，也是非常考验功底的。

针对GPIO输入，.NET Micro Framework提供了两种对象类，一种是普通类型的InputPort输入类，一种是中断类型（或称之为事件类型）的InterruptPort类，分别对应的代码如下。

4. GPIO输入输出调试

编写完相关代码，我们通过USB连接YF3300硬件和计算机，在项目属性中设置调试接口为USB，并选择好对应的设备（Windows 10免USB驱动安装）。

编译成功后，单击“运行”按钮（或者按“F5”键），则会自动部署程序到硬件设备，然后运行。如果只部署程序，则可以在项目名称上弹出右键菜单，单击“部署”命令（如图1.2.20所示）部署程序到硬件。

程序正常运行后，会发现Visual Studio的输出窗口，不断输出开关量输入的状态，这是执行这句代码Debug.Print（"I1=" + I1.Read（）+ " I2=" + I2.Read（）））输出的信息。操作YF3300上的用户按键，按下和抬起都会输出一个信息（对应代码：Debug.Print（data1.ToString（"X2"）+ ":" + data2.ToString（））。同时也发现LED灯每隔1秒亮灭一次。此外还可以设置断点和单步执行，观察每句代码的执行情况（如图1.2.21所示）。