gpio引腳介紹樹(shù)莓派3b

看見(jiàn)就非常 2021-02-03

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陳拓chentuo@ms.xab.ac.cn 2018.06.09/2018.06.10

從網(wǎng)上下載了幾張精美的圖片，感謝圖片的制作者！

0. 概述

本文介紹樹(shù)莓派 Zero W的GPIO控制，并用LED看效果。

0.1 樹(shù)莓派GPIO編號(hào)方式

功能物理引腳

從左到右，從上到下：左邊奇數(shù)，右邊偶數(shù)：1-40

編號(hào)側(cè)重CPU寄存器，根據(jù)BCM2835的GPIO寄存器編號(hào)。

wiringPi

編號(hào)側(cè)重實(shí)現(xiàn)邏輯，把擴(kuò)展GPIO端口從0開(kāi)始編號(hào)，這種編號(hào)方便編程。如圖 WiringPi一欄。

操作GPIO時(shí)一定先要清楚使用那一套編號(hào)。

1. 準(zhǔn)備

1.1 硬件

樹(shù)莓派（我測(cè)試了Pi 3B+和Pi Zero W）
LED（3mm或5mm）
1KΩ電阻
杜邦線
電腦（我用Windows 7）

1.2 GPIO接口

1.3 接線

首先我們把LED和樹(shù)莓派連接。LED的正極串聯(lián)一個(gè)1KΩ電阻接樹(shù)莓派的GPIO18(pin12)，負(fù)極接地。

這個(gè)圖是用Fritzing畫的。

2. 測(cè)試

2.1 連接電腦和Pi Zero W

用putty連接電腦和Pi Zero W，看本文最后的參考文檔。Host Name填raspberrypi.local，端口22，用戶名pi，密碼raspberry。

注意：boot分區(qū)有一個(gè)名為ssh的空文本文件，這個(gè)ssh文件容易丟失，如果ssh不能登錄了，先檢查ssh是否丟失。

2.2 用Shell命令直接控制GPIO

使GPIO18從內(nèi)核空間暴露到用戶空間中

pi@raspberrypi:~ $ sudo echo 18 > /sys/class/gpio/export

> 是IO重定向符號(hào)，IO重定向是指改變linux標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出的默認(rèn)設(shè)備，指向一個(gè)用戶定義的設(shè)備。echo 18 > export就是把18寫入到export文件中。

執(zhí)行該操作之后，/sys/class/gpio目錄下會(huì)增加一個(gè)gpio18文件夾。

查看GPIO18引腳（在Liunx中設(shè)備都以文件的形式，引腳也是設(shè)備）

pi@raspberrypi:~ $ cd /sys/class/gpio/gpio18

pi@raspberrypi:/sys/class/gpio/gpio18 $ ls

設(shè)置GPIO18為輸出模式

pi@raspberrypi:/sys/class/gpio/gpio18 $ sudo echo out > direction

向value文件中輸入1，GPIO輸出高電平，LED點(diǎn)亮

pi@raspberrypi:/sys/class/gpio/gpio18 $ sudo echo 1 > value

向value文件中輸入0，GPIO輸出低電平，LED熄滅

pi@raspberrypi:/sys/class/gpio/gpio18 $ sudo echo 0 > value

pi@raspberrypi:/sys/class/gpio $ cd ~

注銷GPIO18接口

pi@raspberrypi:~ $ sudo echo 18 > /sys/class/gpio/unexport

2.3 用Shell腳本控制GPIO

新建一個(gè)名為ledonoff.sh的腳本。

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano ledonoff.sh

腳本寫下面的內(nèi)容：

echo $1 > /sys/class/gpio/export

echo out > /sys/class/gpio/gpio$1/direction

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio$1/value

sleep 5 #延時(shí)5秒

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio$1/value

echo $1 > /sys/class/gpio/unexport

說(shuō)明：shell腳本可傳入?yún)?shù)，例如$1代表第1個(gè)參數(shù)，$2代表第2個(gè)參數(shù)，以此類推。

為ledonoff.sh添加可執(zhí)行權(quán)限

pi@raspberrypi:~ $ sudo chmod +x ledonoff.sh

運(yùn)行腳本

pi@raspberrypi:~ $ sudo ./ledonoff.sh 18

運(yùn)行結(jié)果：LED點(diǎn)亮，持續(xù)5秒鐘關(guān)閉。

2.4 用Python通過(guò)PRI.GPIO命令控制GPIO

用Python控制GPIO，最便捷的方法就是使用python類庫(kù)，比如樹(shù)莓派系統(tǒng)本身集成的RPi.GPIO。

在putty的ssh終端輸入命令：

進(jìn)入python交互界面

pi@raspberrypi:~ $ python

>>> 這是python的提示符。

導(dǎo)入python類庫(kù)RPi.GPIO，命名為別名為GPIO

>>> import RPi.GPIO as GPIO

引入之后，就可以使用 GPIO 模塊的函數(shù)了。

設(shè)置BOARD編碼方式，基于BCM

樹(shù)莓派3 GPIO分為如下的三種編碼方式：物理引腳BOARD編碼，BCM編碼，以及 wiringPi 編碼。

>>> GPIO.setmode(GPIO.BCM)

輸出模式

>>> GPIO.setup(18,GPIO.OUT)

GPIO17輸出高電平，LED點(diǎn)亮

>>> GPIO.output(18,GPIO.HIGH)

GPIO17輸出低電平，LED熄滅

>>> GPIO.output(18,GPIO.LOW)

用完后進(jìn)行清理

>>> GPIO.cleanup()

退出python交互界面

>>> Ctrl+D

2.5 用Python腳本控制GPIO

新建一個(gè)名為blinky.py的腳本。

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano blinky.py

腳本寫下面的內(nèi)容：

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(18,GPIO.OUT)

while True:

GPIO.output(18,GPIO.HIGH)

time.sleep(1)

GPIO.output(18,GPIO.LOW)

time.sleep(1)

GPIO.cleanup()

說(shuō)明：while True下面的循環(huán)體要縮進(jìn)，用空格或Tab（但不能混用）鍵縮進(jìn)就行。

為blinky.py添加可執(zhí)行權(quán)限

pi@raspberrypi:~ $ sudo chmod +x blinky.py

運(yùn)行Python腳本

pi@raspberrypi:~ $ sudo python blinky.py

LED閃爍。

停止運(yùn)行

用 Ctrl+C 來(lái)中斷循環(huán)。

3. 借助wiringPi GPIO用C語(yǔ)言控制GPIO

樹(shù)莓派內(nèi)核中已經(jīng)編譯自帶了gpio的驅(qū)動(dòng)，我們常通過(guò)一些第三方寫好的庫(kù)函數(shù)來(lái)完成具體的操作，比較常見(jiàn)的操作庫(kù)函數(shù)有：

Python GPIO

Python GPIO已經(jīng)集成到了樹(shù)莓派內(nèi)核，為樹(shù)莓派官方資料中推薦且容易上手。python GPIO是一個(gè)小型的python庫(kù)，可以幫助用戶完成raspberry相關(guān)IO口操作，但是python GPIO庫(kù)還沒(méi)有支持SPI、I2C或者1-wire等總線接口。

常見(jiàn)C語(yǔ)言庫(kù)有：

wiringPi (http:///)

wiringPi適合那些具有C語(yǔ)言基礎(chǔ)，在接觸樹(shù)莓派之前已經(jīng)接觸過(guò)單片機(jī)或者嵌入式開(kāi)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(shuō)明和示例代碼，這些示例代碼也包括UART設(shè)備，I2C設(shè)備和SPI設(shè)備等。

BCM2835 C Library (http://www./mikem/bcm2835/)

BCM2835 C Library可以理解為使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的相關(guān)底層驅(qū)動(dòng)，BCM2835 C Library的驅(qū)動(dòng)庫(kù)包括GPIO. SPI和UART等，可以通過(guò)學(xué)習(xí)BCM2835 C Library熟悉BCM2835相關(guān)的寄存器操作。如果有機(jī)會(huì)開(kāi)發(fā)樹(shù)莓派上的linux驅(qū)動(dòng)，或自主開(kāi)發(fā)python或PHP擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)，可以從BCM2835 C Library找到不少的“靈感”。

3.1 WiringPi GPIO安裝

WiringPi是應(yīng)用于樹(shù)莓派平臺(tái)的GPIO控制庫(kù)函數(shù)，WiringPi遵守GUN Lv3。wiringPi使用C或者C++開(kāi)發(fā)并且可以被其他語(yǔ)言包轉(zhuǎn)，例如python、ruby或者PHP等。

wiringPi包括一套gpio控制命令，使用gpio命令可以控制樹(shù)莓派GPIO管腳。用戶可以利用gpio命令通過(guò)shell腳本控制或查詢GPIO管腳。

wiringPi安裝

更新列表：

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get update

更新軟件：

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get upgrade

安裝：

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get install wiringpi

測(cè)試

wiringPi包括一套gpio命令，使用gpio命令可以控制樹(shù)莓派上的各種接口，通過(guò)以下指令可以測(cè)試wiringPi是否安裝成功。

pi@raspberrypi:~ $ gpio -v

查看GPIO圖

pi@raspberrypi:~ $ gpio readall

3.2 編寫代碼

新建一個(gè)名為led_blink.c的源程序

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano led_blink.c

內(nèi)容如下

#include <wiringPi.h>

int main(void) {

wiringPiSetup();

pinMode (1, OUTPUT);

for(;;) {

digitalWrite(1, HIGH);delay (500);

digitalWrite(1, LOW);delay (500) ;

}

說(shuō)明：看看上一小節(jié)的圖，BCM編號(hào)的GPIO17引腳在wiringPi編號(hào)中是1。

3.3 編譯運(yùn)行

編譯

pi@raspberrypi:~ $ gcc led_blink.c -o led_blink -l wiringPi

-l wiringPi表示動(dòng)態(tài)加載wiringPi共享庫(kù)。

運(yùn)行

pi@raspberrypi:~ $ sudo ./led_blink

用 Ctrl+C 來(lái)中斷循環(huán)。

4. 借助BCM2835 C Library用C語(yǔ)言控制GPIO

4.1 下載安裝

先看看最新版本：http://www./mikem/bcm2835

下載bcm2835-1.56.tar.gz

pi@raspberrypi:~ $ wget http://www./mikem/bcm2835/bcm2835-1.56.tar.gz

解壓縮

pi@raspberrypi:~ $ tar xvzf bcm2835-1.56.tar.gz

配置編譯

進(jìn)入壓縮之后的目錄:

pi@raspberrypi:~ $ cd bcm2835-1.56

執(zhí)行配置命令：

pi@raspberrypi:~/bcm2835-1.56 $ ./configure

pi@raspberrypi:~/bcm2835-1.56 $ make

執(zhí)行檢查

pi@raspberrypi:~/bcm2835-1.56 $ sudo make check

安裝bcm2835庫(kù):

pi@raspberrypi:~/bcm2835-1.56 $ sudo make install

4.2 編寫代碼

新建一個(gè)名為blink_led.c的源程序

pi@raspberrypi:~/bcm2835-1.56 $ cd ~

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano blink_led.c

內(nèi)容如下

#include <bcm2835.h>

#define PIN RPI_GPIO_P1_12

int main(int argc, char **argv) {

if (!bcm2835_init())

return 1;

bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);

while (1) {

bcm2835_gpio_write(PIN, HIGH);

bcm2835_delay(500);

bcm2835_gpio_write(PIN, LOW);

bcm2835_delay(500);

}

bcm2835_close();

return 0;

}

說(shuō)明：GPIO的編號(hào)方式不同，采用PCB板的物理接口編號(hào)，led連在樹(shù)莓派Zero W板子的12引腳上。

4.3 編譯運(yùn)行

編譯

pi@raspberrypi:~ $ gcc blink_led.c -o blink_led -l bcm2835

-l bcm2835表示動(dòng)態(tài)加載bcm2835共享庫(kù)

運(yùn)行

sudo ./blink_led

用 Ctrl+C 來(lái)中斷循環(huán)。

5. 引腳復(fù)用

通過(guò)設(shè)置改變引腳的功能，見(jiàn)參考文檔“樹(shù)莓派Zero W添加音頻輸出”。

參考文檔

晨之清風(fēng)：樹(shù)莓派介紹?zhuanlan.zhihu.com

晨之清風(fēng)：電腦連接樹(shù)莓派Zero W?zhuanlan.zhihu.com

晨之清風(fēng)：電腦連接樹(shù)莓派3B+?zhuanlan.zhihu.com

晨之清風(fēng)：樹(shù)莓派 Zero W+溫度傳感器DS18B20?zhuanlan.zhihu.com

晨之清風(fēng)：樹(shù)莓派Zero W添加音頻輸出?zhuanlan.zhihu.com

樹(shù)莓派GPIO控制--C語(yǔ)言篇https://blog.csdn.net/hu7850/article/details/51785560
遠(yuǎn)程控制通訊——基于樹(shù)莓派 Python gpiozero 遠(yuǎn)程控制LED燈并返回控制結(jié)果https://blog.csdn.net/NCTU_to_prove_safety/article/details/65446454
RPi Low-level peripherals https:///RPi_Low-level_peripherals
樹(shù)莓派+溫度感測(cè)器實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度監(jiān)控：http://shumeipai./2013/10/03/raspberry-pi-temperature-sensor-monitors.html
Raspberry Pi Temperature Sensorhttp://www.cl./projects/raspberrypi/tutorials/temperature/

樹(shù)莓派藍(lán)牙溫度傳感器 - 百度文庫(kù)?wenku.baidu.com 微信小程序藍(lán)牙溫度數(shù)據(jù)采集 - 百度文庫(kù)?wenku.baidu.com

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