NodeMCU ESP8266 外设的 Arduino API 接口介绍

NodeMCU ESP8266 外设的 Arduino API 接口介绍

前言

Arduino在硬件上做了相应的封装，新的硬件需要兼容Arduino的接口。比如NodeMCU ESP8266的底层硬件做一次封装，对用户需要开放出来规定好的接口。

下面Arduino的官方接口；

/**
	地址如下：
*/
https://www.arduino.cc/reference/en/

本文简单介绍一下ESP8266 Arduino Core库，相应拆分为几个常用的模块；

• Interrupts：中断；
• Digital IO ：数字IO；
• Analog input：模拟输入；
• Analog output：模拟输出；
• Timing and delays：定时和延迟；
• Serial：串口；

下面我们进一步介绍。

模块

中断

ESP8266上使用中断，但必须谨慎使用，并且有几个限制：

• 中断回调函数必须位于 IRAM 中，因为它们发生时闪存可能正在执行其他操作。IRAM_ATTR通过在函数定义上添加属性来完成此操作。如果此属性不存在，则草图在尝试执行此操作时将会崩溃 attachInterrupt并显示错误消息。

IRAM_ATTR void gpio_change_handler(void *data) {...

• 中断不得调用delay()或yield()，或调用任何内部使用delay()的例程yield()；

• 中断中长时间运行（>1ms）的任务会导致不稳定或崩溃。

• 如果中断被长时间运行的中断阻止，WiFi 和核心的其他部分可能会变得不稳定。

• 堆 API 操作可能很危险，应在中断中避免。

• 应尽量减少对 的调用malloc，因为如果内存碎片，它们可能需要很长的运行时间。

• C++ 的 new和delete运算符绝不能在 ISR 中使用。他们的调用路径不在 IRAM 中。

数字IO

Arduino 中的引脚编号直接对应于 ESP8266 GPIO 引脚编号。
pinMode、digitalRead、 和digitalWrite函数可以工作；

如果要读取 GPIO2，就可以调用digitalRead(2)；数字引脚 0—15 可以是INPUT、OUTPUT、 或INPUT_PULLUP。

引脚 16 可以是INPUT,OUTPUT或INPUT_PULLDOWN_16。

启动时，引脚配置为INPUT。

引脚还可以用于其他功能，例如串行、I2C、SPI。

这些功能通常由相应的库激活。下图显示了流行的 ESP-12 模块的引脚映射。

数字引脚 6-11 未在此图中显示，因为它们用于连接大多数模块上的闪存芯片。尝试将这些引脚用作 IO 可能会导致程序崩溃。

请注意，某些板和模块（ESP-12ED、NodeMCU 1.0）也会断开引脚 9 和 11。如果闪存芯片工作在 DIO 模式（与默认的 QIO 模式相反），则这些引脚可用作 IO。

attachInterrupt通过, 函数支持引脚中断detachInterrupt。中断可以附加到除 GPIO16 之外的任何 GPIO 引脚。支持标准 Arduino 中断类型： CHANGE、RISING、FALLING。ISR 需要位于 IRAM_ATTR函数定义之前。

模拟输入

ESP8266 有一个可供用户使用的 ADC 通道，即模数转换器，将模拟信号转换成数字信号。
具体的作用如下；

• 可用于读取 ADC 引脚的电压，或读取模块电源电压 (VCC)；
• 要读取施加到 ADC 引脚的外部电压，请使用analogRead(A0)；

ESP8266 的输入电压范围为 0~1.0V，但有些开发板板可能会在硬件上增加分压电路，从而增大测量范围。

为了安全起见，可以测试<1.0V的输入电压；

例如，因为10 bit精度的ADC，范围是0~1024，1024是2的10次幂，可以计算读取数值的大小反推输入电压的量程；

• 那么测量0.5V电压，ADC会读取到 512 左右的值，则最大电压很可能为 1.0V，而 3.3V 可能会损害 ESP8266；

• 如果测量0.5V电压，大约读取到 150 左右的值，则表明最大可以测量电压为 3.3V；

要读取VCC电压，使用ESP.getVcc()和ADC引脚必须保持断开状态。

此外，必须将以下行添加到主程序中：

ADC_MODE(ADC_VCC);

注意：
调用analogRead()过于频繁会导致 WiFi 停止工作。
当 WiFi 运行时，analogRead()调用的有效结果可能会被缓存至少 5 毫秒。

模拟输出

analogWrite(pin, value)在给定引脚上启用软件 PWM。PWM 可用于引脚 0 至 16。调用以禁用引脚上的 PWM。

• analogWrite(pin, value) ：value范围可能是 0 到 255（这是 Arduino 的默认值）；
• analogWriteRange(new_range)：可以通过调用或 来 更改 PWM 范围，new_range可能是从 15~65535 ；
• analogWriteResolution(bits)：或bits可能是从 4~16。
• analogWriteMode(pin, value, openDrain)：OUTPUT_OPEN_DRAINOUTPUT
• analogWriteFreq(new_frequency)：PWM 频率默认为 1K 赫兹，这个函数可以更改频率。有效值从 100Hz 到 40000Hz。

注意：如果没有硬件PWM，PWM输出是通过软件实现的。1 个 40KHz 的 PWM 输出，CPU 的负载已经相当大了。
使用的 PWM 输出越多，其频率越高，就越接近 CPU 限制，导致可用于主函数执行的 CPU 资源就越少。

延时

• millis()和micros()分别返回复位后经过的毫秒数和微秒数。
• delay(ms)将系统延时给定的毫秒数，但是允许 WiFi 和 TCP/IP 任务后台运行。
• delayMicroseconds(us)将系统暂停给定的微秒数。

注意：当WiFi 连接时，除了主程序之外，芯片上还需要运行很多代码。
如果我们的程序中某处有一个循环，在不调用delay的情况下，需要花费大量时间（>50ms），我们可以考虑调用delay函数，以保证 WiFi 堆栈可以顺利运行。

• delay(0)和yield()函数等效 。

• delayMicroseconds 该函数不会让出其他任务，因此不建议将其用于延迟超过 20 毫秒的情况。

串口

ESP8266 中 Serial对象的工作方式与常规 Arduino 上的工作方式非常相似。

• 额外硬件 FIFO（128 字节用于 TX 和 RX）；
• 额外的可定制 256 字节 RX 缓冲区；

我们可以更改该软件缓冲区的大小。

setRxBufferSize(size_t size)函数可以设置我们所需的RX缓冲区大小；

在更高的接收速度下建议使用更大的缓冲区空间；

通常串口的使用如下的程序；

// Set Baud rate to 57600
Serial.begin(57600);

// Get current baud rate
int br = Serial.baudRate();

// Will print "Serial is 57600 bps"
Serial.printf("Serial is %d bps", br);

这个后面我们还会详细介绍。

总结

本文介绍了NodeMCU ESP8266外设的常用API接口，在这里可以简单了解一下，后面章节会深入进行介绍。

由于作者能力有限，文章中难免存在错误和纰漏，请大胆指正，如果对于文章中存在疑惑或者问题，欢迎在评论区进行留言。

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