树莓派引脚介绍与GPIO的初步认识与应用

​ 下图所示为树莓派3b+开发板。上方引脚处左下角引脚为1号引脚。

一．认识GPIO

所谓GPIO，就是“通用输入/输出”接口，树莓派系统中已经编译自带了GPIO的驱动。

树莓派GPIO的编号方式：

1. 功能物理引脚（physical）：
从左到右，从上到下。左边为奇数，右边为偶数。共计40个引脚，计数为1-40。
2. BCM：
编号侧重于CPU寄存器，根据BCM2835的GPIO寄存器编号。具体编号参照上图中BCM一栏。
3.wiringPi
编号侧重实现逻辑，把GPIO端口从0开始编号，这种编号方便编程，参考上图wPi一栏。

三种编号的方式均指代的对象相同，只是编码方式不同。

其中
GPIO.**: 通用输入输出接口，GPIO端口，可通过软件分别配置成输入或输出。
3.3V/5.0V(VCC):提供3.3V/5.0V的固定电压
0V（GND）：接地
SDA：SDA 是I2C 数据传输口。
SCL：I2C时钟信号。
RXD：接收数据的引脚。
TXD：发送数据的引脚。
MOSI：为主输出从输入。
MISO：为主输入从输出。
SCLK: 系统时钟,指晶振频率。
CE：片选（芯片有效）-表示低电平有效

二．Python GPIO

默认的python GPIO均已集成入raspbian系统，不需要另外安装。
如果需要安装，请按以下顺序：
1、先安装python-dev，输入以下指令。
sudo apt-get install python-dev
2、安装RPi.GPIO，依次输入以下指令。
1)下载：wget http://raspberry-gpio-python.googlecode.com/files/RPi.GPIO-0.5.3a.tar.gz
2)解压缩：tar xvzf RPi.GPIO-0.5.3a.tar.gz
3)进入解压之后的目录： cd RPi.GPIO-0.5.3a
4)启动安装 ： sudo python setup.py install

三．应用

导入模块

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import RPi.GPIO as GPIO

设置引脚引用模式：

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GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
#or
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

检测使用的哪种模式可以使用：

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mode=GPIO.getmode()
#mode的取值有GPIO.BOARD, GPIO.BCM, None

以下代码如无特殊说明，均使用GPIO.BOARD引脚映射模式。

设置引脚方向（输入，输出）:

如 设置40号引脚为输入方向：

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pin = 40
GPIO.setup(pin,GPIO.IN)

输出同理：

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GPIO.setup(pin,GPIO.OUT)
#输出还可以加初始电平：
GPIO.setup(pin,GPIO.OUT,initial=GPIO.HIGH)
如果要同时设置多个引脚：
list=[11,12]
GPIO.setup(list,GPIO.OUT)

如果要同时设置多个引脚：

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list=[11,12]
GPIO.setup(list,GPIO.OUT)

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。释放脚本中的使用的引脚：

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GPIO.cleanup()

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：

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GPIO.setwarnings(False)

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。

读取
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：

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GPIO.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：

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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。
轮询方式

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while GPIO.input(channel) == GPIO.LOW:
    time.sleep(0.01)  # wait 10 ms to give CPU chance to do other things

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）。
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。

wait_for_edge() 函数
wait_for_edge()被用于阻止程序的继续执行，直到检测到一个边缘。

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

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，

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GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
if GPIO.event_detected(channel):
    print('Button pressed')

RPI.GPIO 模块的脉宽调制（PWM）功能
脉宽调制(PWM)是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。在树莓派上，可以通过对GPIO的编程来实现PWM。
创建一个 PWM 实例：

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p = GPIO.PWM(channel, frequency)

启用 PWM：

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p.start(dc)   # dc 代表占空比（范围：0.0 <= dc <= 100.0）

更改频率：

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p.ChangeFrequency(freq)   # freq 为设置的新频率，单位为 Hz

更改占空比：

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p.ChangeDutyCycle(dc)  # 范围：0.0 <= dc >= 100.0

停止 PWM：

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p.stop()
#注意，如果实例中的变量“p”超出范围，也会导致 PWM 停止。