树莓派包含GPIO接口,可以跟很多种硬件进行连接,给我们扩展树莓派的功能提供了很多方便的接口。
那么,什么是GPIO接口呢?
GPIO的定义
GPIO是(General Purpose Input Output)的缩写,也就是通用输入输出,是一种常见的硬件接口,用以表示开关量。
下图列出列树莓派全系列的图片,其中的针脚就是GPIO接口:
树莓派GPIO针脚的定义
常见的 Raspberry Pi 接口数量分为两种一种 26针 一种 40 针,根据自己手里的 Pi 即可,我这里的是3代Model B+,针脚的定义如下:
GND表示接地
带V表示电源
绿色的GPIO.*就是我们可以用来编程的针脚。
其他的接口:TxD/RxD是一组,串口通讯用的,和另外一个树莓派(或其他支持串口通讯的模块)对接(TxD接对方的RxD,Rxd接对方的TxD)设置一样的波特率,可以串口通讯。SDA/SCL是一组,IIC协议通讯用的,接另外一个树莓派(或arduino,支持IIC的模块等等),支持iic协议的,通过iic协议通讯MOSI、MISO、SCLK, CE0, CE1 是SPI通讯协议用的,接个使用SPI通讯的模块就靠它了 来源知乎
反正如果你不是很擅长硬件,也不打算扎根硬件的话,无视他们好了。
可以连接树莓派后,通过命令打印出针脚的定义:
1gpio readall
不知道是我的系统太久,还是我外界的扩展板不支持,这里并没有输出针脚编号,只是说不是支持的型号:
Unable to determine hardware version. I see: Hardware: BCM2835
,
- expecting BCM2708 or BCM2709.
If this is a genuine Raspberry Pi then please report this
to projects@drogon.net. If this is not a Raspberry Pi then you
are on your own as wiringPi is designed to support the
Raspberry Pi ONLY.
不过没关系,不影响我们的测试。
树莓派的扩展板
这里用的是一个集成的扩展板,这样就不用再额外接引线了。
扩展板的针脚示意图:
python GPIO
该库更确切的名称为raspberry-gpio-python,树莓派官方资料中推荐且容易上手。python GPIO是一个小型的python库,可以帮助用户完成raspberry相关IO口操作。但是python GPIO库还没有支持SPI、I2C或者1-wire等总线接口。除了python GPIO之外,还有众多的python扩展库(例如webiopi),毫无疑问的说python非常适合树莓派,树莓派也非常适合python。
两种针脚编号
BOARD编号
这和树莓派电路板上的物理引脚编号相对应。使用这种编号的好处是,你的硬件将是一直可以使用的,不用担心树莓派的版本问题。因此,在电路板升级后,你不需要重写连接器或代码。
BCM规则
是更底层的工作方式,它和Broadcom的片上系统中信道编号相对应。在使用一个引脚时,你需要查找信道号和物理引脚编号之间的对应规则。对于不同的树莓派版本,编写的脚本文件也可能是无法通用的。
你可以使用下列代码(强制的)指定一种编号规则:
1GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # orGPIO.setmode(GPIO.BCM)
下面代码将返回被设置的编号规则
1mode = GPIO.getmode()
警告
如果RPi.GRIO检测到一个引脚已经被设置成了非默认值,那么你将看到一个警告信息。你可以通过下列代码禁用警告:
1GPIO.setwarnings(False)
引脚设置
在使用一个引脚前,你需要设置这些引脚作为输入还是输出。配置一个引脚的代码如下:
将引脚设置为输入模式1GPIO.setup(channel, GPIO.IN)
将引脚设置为输出模式1GPIO.setup(channel, GPIO.OUT)
为输出的引脚设置默认值1GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
释放
一般来说,程序到达最后都需要释放资源,这个好习惯可以避免偶然损坏树莓派。释放脚本中使用的引脚:
1GPIO.cleanup()
注意,GPIO.cleanup()只会释放掉脚本中使用的GPIO引脚,并会清除设置的引脚编号规则。
实验1 控制LED灯闪亮
要想点亮一个 LED 灯或者驱动某个设备,都需要给它们电流和电压,这个步骤也很简单,设置引脚的输出状态就可以了,代码如下:
1> GPIO.output(channel, state)
状态可以设置为:
0 / GPIO.LOW / False
1 / GPIO.HIGH / True
如果编码规则为,GPIO.BOARD,那么channel就是对应引脚的数字。
如果想一次性设置多个引脚,可使用下面的代码:
2chan_list = [11,12]
GPIO.output(chan_list, GPIO.LOW)GPIO.output(chan_list, (GPIO.HIGH, GPIO.LOW))
你还可以使用Input()函数读取一个输出引脚的状态并将其作为输出值,例如:
1GPIO.output(12, not GPIO.input(12))
我们也常常需要读取引脚的输入状态,获取引脚输入状态如下代码:
1GPIO.input(channel)
低电平返回
0 / GPIO.LOW / False
高电平返回
1 / GPIO.HIGH / True
如果输入引脚处于悬空状态,引脚的值将是漂动的。换句话说,读取到的值是未知的,因为它并没有被连接到任何的信号上,直到按下一个按钮或开关。由于干扰的影响,输入的值可能会反复的变化。 使用如下代码可以解决问题:
2GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
需要注意的是,上面的读取代码只是获取当前一瞬间的引脚输入信号。
如果需要实时监控引脚的状态变化,可以有两种办法。最简单原始的方式是每隔一段时间检查输入的信号值,这种方式被称为轮询。如果你的程序读取的时机错误,则很可能会丢失输入信号。轮询是在循环中执行的,这种方式比较占用处理器资源。另一种响应GPIO输入的方式是使用中断(边缘检测),这里的边缘是指信号从高到低的变换(下降沿)或从低到高的变换(上升沿)。
轮询方式1
2while GPIO.input(channel) == GPIO.LOW:
pass
边缘检测
边缘是指信号状态的改变,从低到高(上升沿)或从高到低(下降沿)。通常情况下,我们更关心于输入状态的该边而不是输入信号的值。这种状态的该边被称为事件。 先介绍两个函数:
wait_for_edge() 函数
wait_for_edge()被用于阻止程序的继续执行,直到检测到一个边沿。也就是说,上文中等待按钮按下的实例可以改写为:
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() 函数
该函数对一个引脚进行监听,一旦引脚输入状态发生了改变,调用event_detected()函数会返回true,如下代码:
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING) # add rising edge detection on a channeldo_something()
# 下面的代码放在一个线程循环执行。
if GPIO.event_detected(channel):
print('Button pressed')
上面的代码需要自己新建一个线程去循环检测event_detected()的值,还算是比较麻烦的。
不过可采用另一种办法轻松检测状态,这种方式是直接传入一个回调函数:
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)
如果你想设置多个回调函数,可以这样:
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:回调触发时,并不会同时执行回调函数,而是根据设置的顺序调用它们。
说了这么多,下面我们开始正式点亮我们的LED灯:
编写一个python脚本:
#coding:utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings(False)
# 控制LED 闪亮
led = 12
GPIO.setup(led, GPIO.OUT)
try:
while(True):
print '亮'
GPIO.output(led, 1)
time.sleep(1)
print '灭'
GPIO.output(led, 0)
time.sleep(1)
except Exception as e:
print(e)
finally:
GPIO.cleanup()
上传到树莓派上,然后运行:
实验2 获取开关信号
实验1 是利用的轮询的方式实现的,这个实验中,我们将要实现获取开关信号的变化,利用边缘检测的方式。
由扩展板的线路图可知,我们这里的按钮有3个,对应的BCM编码分别是 17,18,27.
我们这里使用17作为开关。
轮询的方式
先给出轮询的方式,代码:
# coding:utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings(False)
# 检测开关
# 3个集成开关的位置 17,18,27 默认为1 按下后信号为0
swtich = 17
GPIO.setup(swtich, GPIO.IN, GPIO.PUD_DOWN)
try:
while(True):
if GPIO.input(swtich) == True:
print '获取开关1信号:%s' % GPIO.input(swtich)
time.sleep(1)
except Exception as e:
print(e)
finally:
GPIO.cleanup()
输出:
获取开关1信号:1
获取开关1信号:1
获取开关1信号:1
获取开关1信号:1
获取开关1信号:1
获取开关1信号:0
获取开关1信号:0
获取开关1信号:0
获取开关1信号:1
获取开关1信号:1
信号0的时候就是我们按下按钮的时候,不过这里因为是轮询,所以有可能回取不到值,就是我们按下按钮的一刻,树莓派并未获取到这个变化。
边缘检测的方式
利用边缘检测的方式能够方便的检测到开关变化:
# coding:utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings(False)
# 检测开关
# 3个集成开关的位置 17,18,27 默认为1 按下后信号为0
switch = 17
GPIO.setup(switch, GPIO.IN, GPIO.PUD_DOWN)
def my_callback(channel):
print('按下按钮...')
GPIO.add_event_detect(switch, GPIO.FALLING, callback=my_callback)
try:
while(True):
time.sleep(1)
except Exception as e:
print(e)
finally:
GPIO.cleanup()
输出:
按下按钮...
按下按钮...
按下按钮...
按下按钮...
按下按钮...
按下按钮...
按下按钮...
OK,希望能帮到正在看文章的你 (^_^)