樹莓派的gpio有什么用_怎么用 - 全文

　　樹莓派現(xiàn)在越來越火，網(wǎng)上樹莓派的資料也越來越多。樹莓派源自英國，國外嵌入式開源領(lǐng)域具有良好的分享精神，樹莓派各種集成庫也層出不窮，下面推薦幾個。

　　【python GPIO】

　　【開發(fā)語言】——python

　　【簡單介紹】——該庫更確切的名稱為raspberry-gpio-python，樹莓派官方資料中推薦且容易上手。python GPIO是一個小型的python庫，可以幫助用戶完成raspberry相關(guān)IO口操作。但是python GPIO庫還沒有支持SPI、I2C或者1-wire等總線接口。除了python GPIO之外，還有眾多的python擴展庫（例如webiopi），毫無疑問的說python非常適合樹莓派，樹莓派也非常適合python。

　　【wiringPi】

　　【開發(fā)語言】——C語言

　　【簡單介紹】——wiringPi適合那些具有C語言基礎(chǔ)，在接觸樹莓派之前已經(jīng)接觸過單片機或者嵌入式開發(fā)的人群。wiringPi的API函數(shù)和arduino非常相似，這也使得它廣受歡迎。作者給出了大量的說明和示例代碼，這些示例代碼也包括UART設備，I2C設備和SPI設備等，毫無疑問地說wiringPi功能非常強大。

　　【BCM2835 C Library】

　　【開發(fā)語言】——C語言

　　【簡單介紹】BCM2835 C Library可以理解為使用C語言實現(xiàn)的相關(guān)底層驅(qū)動，它給我的感覺更像STM32的庫函數(shù)，BCM2835 C Library的驅(qū)動庫包括GPIO、SPI和UART等，可以通過學習BCM2835 C Library熟悉BCM2835相關(guān)的寄存器操作。如果有機會開發(fā)樹莓派上的linux驅(qū)動，或自主開發(fā)python或PHP擴展驅(qū)動，可以從BCM2835 C Library找到不少的“靈感”。

　　GPIO基本介紹

　　GPIO（General Purpose I/O Ports）意思為通用輸入/輸出端口，通俗地說，就是一些引腳，可以通過它們輸出高低電平或者通過它們讀入引腳的狀態(tài)-是高電平或是低電平。GPIO是個比較重要的概念，用戶可以通過GPIO口和硬件進行數(shù)據(jù)交互（如UART），控制硬件工作（如LED、蜂鳴器等），讀取硬件的工作狀態(tài)信號（如中斷信號）等。GPIO口的使用非常廣泛。掌握了GPIO，差不多相當于掌握了操作硬件的能力。

　　現(xiàn)在，我們先看看樹莓派上的GPIO是怎么樣的：

　　右上角的詳細圖：

　　我們重點看第二張詳細圖。這張圖上可以看到，每一個針腳都有Pin#和NAME字段。Pin代表的是該針腳的編號，其中01和02針腳對應第一張圖中GPIO最右邊豎排的兩個針腳。而NAME代表的是該針腳的BCM名稱，當然NAME也可以直接看得出針腳的默認功能。比如 3.3v和5v代表著該針腳會輸出3.3v和5v的電壓，Ground代表著該針腳是接地的，GPIO0*則是一些待用戶開發(fā)的針腳。每個針腳都可以使用程序進行控制操作。

　　控制GPIO

　　想用python來控制GPIO，最便捷的辦法就是使用一些python類庫，比如樹莓派系統(tǒng)本身集成的RPi.GPIO。本文詳細介紹如何使用RPi.GPIO來控制GPIO。

　　導入RPi.GPIO模塊

　　可以用下面的代碼導入RPi.GPIO模塊。

　　import RPi.GPIO as GPIO

　　引入之后，就可以使用GPIO模塊的函數(shù)了。如果你想檢查模塊是否引入成功，也可以這樣寫：

　　try：

　　import RPi.GPIO as GPIO

　　except RuntimeError：

　　print（“引入錯誤”）

　　針腳編號

　　在RPi.GPIO中，同時支持樹莓派上的兩種GPIO引腳編號。第一種編號是BOARD編號，這和樹莓派電路板上的物理引腳編號相對應。使用這種編號的好處是，你的硬件將是一直可以使用的，不用擔心樹莓派的版本問題。因此，在電路板升級后，你不需要重寫連接器或代碼。

　　第二種編號是BCM規(guī)則，是更底層的工作方式，它和Broadcom的片上系統(tǒng)中信道編號相對應。在使用一個引腳時，你需要查找信道號和物理引腳編號之間的對應規(guī)則。對于不同的樹莓派版本，編寫的腳本文件也可能是無法通用的。

　　你可以使用下列代碼（強制的）指定一種編號規(guī)則：

　　GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

　　# or

　　GPIO.setmode（GPIO.BCM）

　　下面代碼將返回被設置的編號規(guī)則

　　mode = GPIO.getmode（）

　　警告

　　如果RPi.GRIO檢測到一個引腳已經(jīng)被設置成了非默認值，那么你將看到一個警告信息。你可以通過下列代碼禁用警告：

　　GPIO.setwarnings（False）

　　引腳設置

　　在使用一個引腳前，你需要設置這些引腳作為輸入還是輸出。配置一個引腳的代碼如下：

　　# 將引腳設置為輸入模式

　　GPIO.setup（channel， GPIO.IN）

　　# 將引腳設置為輸出模式

　　GPIO.setup（channel， GPIO.OUT）

　　# 為輸出的引腳設置默認值

　　GPIO.setup（channel， GPIO.OUT， initial=GPIO.HIGH）

　　釋放

　　一般來說，程序到達最后都需要釋放資源，這個好習慣可以避免偶然損壞樹莓派。釋放腳本中的使用的引腳：

　　GPIO.cleanup（）

　　注意，GPIO.cleanup（）只會釋放掉腳本中使用的GPIO引腳，并會清除設置的引腳編號規(guī)則。

　　輸出

　　要想點亮一個LED燈，或者驅(qū)動某個設備，都需要給電流和電壓他們，這個步驟也很簡單，設置引腳的輸出狀態(tài)就可以了，代碼如下：

　　GPIO.output（channel， state）

　　狀態(tài)可以設置為0 / GPIO.LOW / False / 1 / GPIO.HIGH / True。如果編碼規(guī)則為，GPIO.BOARD，那么channel就是對應引腳的數(shù)字。

　　如果想一次性設置多個引腳，可使用下面的代碼：

　　chan_list = ［11，12］

　　GPIO.output（chan_list， GPIO.LOW）

　　GPIO.output（chan_list， （GPIO.HIGH， GPIO.LOW））

　　你還可以使用Input（）函數(shù)讀取一個輸出引腳的狀態(tài)并將其作為輸出值，例如：

　　GPIO.output（12， not GPIO.input（12））

　　讀取

　　我們也常常需要讀取引腳的輸入狀態(tài)，獲取引腳輸入狀態(tài)如下代碼：

　　GPIO.input（channel）

　　低電平返回0 / GPIO.LOW / False，高電平返回1 / GPIO.HIGH / True。

　　如果輸入引腳處于懸空狀態(tài)，引腳的值將是漂動的。換句話說，讀取到的值是未知的，因為它并沒有被連接到任何的信號上，直到按下一個按鈕或開關(guān)。由于干擾的影響，輸入的值可能會反復的變化。

　　使用如下代碼可以解決問題：

　　GPIO.setup（channel， GPIO.IN， pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

　　# or

　　GPIO.setup（channel， GPIO.IN， pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN）

　　需要注意的是，上面的讀取代碼只是獲取當前一瞬間的引腳輸入信號。

　　如果需要實時監(jiān)控引腳的狀態(tài)變化，可以有兩種辦法。最簡單原始的方式是每隔一段時間檢查輸入的信號值，這種方式被稱為輪詢。如果你的程序讀取的時機錯誤，則很可能會丟失輸入信號。輪詢是在循環(huán)中執(zhí)行的，這種方式比較占用處理器資源。另一種響應GPIO輸入的方式是使用中斷（邊緣檢測），這里的邊緣是指信號從高到低的變換（下降沿）或從低到高的變換（上升沿）。

　　輪詢方式

　　while GPIO.input（channel） == GPIO.LOW：

　　time.sleep（0.01） # wait 10 ms to give CPU chance to do other things

　　邊緣檢測

　　邊緣是指信號狀態(tài)的改變，從低到高（上升沿）或從高到低（下降沿）。通常情況下，我們更關(guān)心于輸入狀態(tài)的該邊而不是輸入信號的值。這種狀態(tài)的該邊被稱為事件。

　　先介紹兩個函數(shù)：

　　wait_for_edge（） 函數(shù)。

　　wait_for_edge（）被用于阻止程序的繼續(xù)執(zhí)行，直到檢測到一個邊沿。也就是說，上文中等待按鈕按下的實例可以改寫為：

　　channel = GPIO.wait_for_edge（channel， GPIO_RISING， timeout=5000）

　　if channel is None：

　　print（‘Timeout occurred’）

　　else：

　　print（‘Edge detected on channel’， channel）

　　add_event_detect（） 函數(shù)

　　該函數(shù)對一個引腳進行監(jiān)聽，一旦引腳輸入狀態(tài)發(fā)生了改變，調(diào)用event_detected（）函數(shù)會返回true，如下代碼：

　　GPIO.add_event_detect（channel， GPIO.RISING） # add rising edge detection on a channel

　　do_something（）

　　// 下面的代碼放在一個線程循環(huán)執(zhí)行。

　　if GPIO.event_detected（channel）：

　　print（‘Button pressed’）

　　上面的代碼需要自己新建一個線程去循環(huán)檢測event_detected（）的值，還算是比較麻煩的。

　　不過可采用另一種辦法輕松檢測狀態(tài)，這種方式是直接傳入一個回調(diào)函數(shù)：

　　def my_callback（channel）：

　　print（‘This is a edge event callback function！’）

　　print（‘Edge detected on channel %s’%channel）

　　print（‘This is run in a different thread to your main program’）

　　GPIO.add_event_detect（channel， GPIO.RISING， callback=my_callback）

　　如果你想設置多個回調(diào)函數(shù)，可以這樣：

　　def my_callback_one（channel）：

　　print（‘Callback one’）

　　def my_callback_two（channel）：

　　print（‘Callback two’）

　　GPIO.add_event_detect（channel， GPIO.RISING）

　　GPIO.add_event_callback（channel， my_callback_one）

　　GPIO.add_event_callback（channel， my_callback_two）

　　注意：回調(diào)觸發(fā)時，并不會同時執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，而是根據(jù)設置的順序調(diào)用它們。

　　綜合例子：點亮LED燈

　　好了，上面說明了一大堆函數(shù)庫的用法，那么現(xiàn)在就應該來個簡單的實驗了。這個實驗很簡單，點亮一個LED燈。

　　編寫代碼之前，首先你需要將led燈的針腳通過杜邦線連接到樹莓派的引腳上，比如你可以連接到11號引腳。

　　新建一個main.py文件，寫入如下代碼：

　　import RPi.GPIO as GPIO //引入函數(shù)庫

　　import time

　　RPi.GPIO.setmode（GPIO.BOARD） //設置引腳編號規(guī)則

　　RPi.GPIO.setup（11， RPi.GPIO.OUT） //將11號引腳設置成輸出模式

　　while True

　　GPIO.output（channel， 1） //將引腳的狀態(tài)設置為高電平，此時LED亮了

　　time.sleep（1） //程序休眠1秒鐘，讓LED亮1秒

　　GPIO.output（channel， 0） //將引腳狀態(tài)設置為低電平，此時LED滅了

　　time.sleep（1） //程序休眠1秒鐘，讓LED滅1秒

　　GPIO.cleanup（） //程序的最后別忘記清除所有資源

　　保存，并退出文件。執(zhí)行python3 main.py，即可觀看效果。Ctrl+C可以關(guān)閉程序。

　　此外，不妨也試試其它的函數(shù)吧，增強印象。

　　使用PWM

　　這個python函數(shù)庫還支持PWM模式的輸出，我們可以利用PWM來制作呼吸燈效果。詳情看代碼：

　　import time

　　import RPi.GPIO as GPIO //引入庫

　　GPIO.setmode（GPIO.BOARD） //設置編號方式

　　GPIO.setup（12， GPIO.OUT） //設置12號引腳為輸出模式

　　p = GPIO.PWM（12， 50） //將12號引腳初始化為PWM實例 ，頻率為50Hz

　　p.start（0） //開始脈寬調(diào)制，參數(shù)范圍為： （0.0 《= dc 《= 100.0）

　　try：

　　while 1：

　　for dc in range（0， 101， 5）：

　　p.ChangeDutyCycle（dc） //修改占空比 參數(shù)范圍為： （0.0 《= dc 《= 100.0）

　　time.sleep（0.1）

　　for dc in range（100， -1， -5）：

　　p.ChangeDutyCycle（dc）

　　time.sleep（0.1）

　　except KeyboardInterrupt：

　　pass

　　p.stop（） //停止輸出PWM波

　　GPIO.cleanup（） //