這篇文章來源于DevicePlus.com英語網站的翻譯稿。

為兒童和年輕人開發的用于GPIO控制的簡單Python庫

如果您有過為Raspberry Pi的GPIO 引腳編寫代碼的經驗，那么估計您已經使用過Python以及GPIO Zero模塊了，因為這是最簡單的入門方式。
但是模塊的簡單不意味著其缺乏靈活性和功能性。

GPIO Zero 完成所有工作細節的處理

GPIO Zero并不是之前Raspberry Pi上用于GPIO的Python模塊的替代品，而是構建在那些模塊之上。
GPIO使用RPi.GPIO來進行大多數操作，同時會混合使用PiGPIO和RPIO。

為什么不直接使用這些模塊？

因為GPIO Zero已經為您完成了很多工作細節的處理，您在項目中只需輸入幾行代碼就可以了。
來看一下這些代碼：
pir = MotionSensor(4)
pir.when_motion = myFunction
第一個指令表示引腳4上有一個運動傳感器，第二個指令設置了一個在傳感器產生脈沖信號時運行的函數。真的很簡單，對吧？

它是面向對象的

GPIO Zero通過為您可能連接到GPIO引腳的常見組件提供一系列配置好的類來進行工作。您可以使用這些類來創建與連接到GPIO引腳的特定組件相關聯的對象。
您在剛開始最感興趣的類應該是輸入類和輸出類，它們包括了一系列標準輸入和輸出組件。
除此之外還有其他多種類，比如用于將數據流式傳輸到其他組件的SPI類，以及您可以用來創建自己的類的基類和通用類。暫時不用為這些類的使用擔心，目前您只要知道有這些類存在就可以了。

安裝和導入GPIO Zero

GPIO Zero已經安裝在了標準Raspbian映像上。如果您使用的是Raspbian Lite，或者更特別的Linux，那么您需要對其進行安裝。
您可以使用以下指令將整個模塊導入到Python中：
import gpiozero
然后，您可以通過在類前加上“gpiozero”來對其進行引用，如下所示：
button = gpiozero.Button(11)
greenLED = gpiozero.LED(13)
pir = gpiozero.MotionSensor(15)
只導入您正在使用的特定組件所需要的類會更方便一些：
from gpiozero import Button, LED, MotionSensor
這樣，您就可以在不帶前綴的情況下對其進行引用了，如下所示：
button = Button(11)
greenLED = LED(13)
pir = MotionSensor(15)
如此一來，您的代碼就不會因為冗余信息而變得雜亂無章，從而變得更具有可讀性。

使用GPIO Zero，通過按下按鈕播放聲音

讓我們通過將按鈕連接到GPIO引腳來嘗試在壓電蜂鳴器上播放一系列聲音，感受一下GPIO Zero的使用有多么簡單。
為此，您將需要：

一個帶電源的Raspberry Pi以及一個安裝了Raspbian的SD卡
一個面包板

您還需要一個壓電蜂鳴器、下推式開關、幾根跨接電纜以及某種Raspberry Pi的輸入設備，例如SSH連接或者USB鍵盤和鼠標。準備好了嗎？讓我們開始吧！

連接壓電蜂鳴器

如果您的GPIO擴展板尚未連接到Raspberry Pi和面包板，請將它們連接在一起。然后將接地引腳連接到負電源軌。
您的壓電蜂鳴器應該有一根紅線和一根黑線。紅線連接到來自GPIO引腳的正電壓，黑線接地。

我使用跨接電纜將蜂鳴器連接到面包板，您也可以直接將其插入。將蜂鳴器的黑色導線連接到負電源軌，紅色導線連接到面包板中間的某處。
現在，將面包板的這一排連接到GPIO引腳。我使用的是引腳13。

讓這個小器件尖叫起來

為此，需要打開Python解釋器。輸入：
python3
現在，我們需要為壓電蜂鳴器導入一個類，并使用它來創建一個對象。實際上有兩個類：Buzzer，只發出簡單的嗶嗶聲；以及TonalBuzzer，可以讓您改變音調。
我們將要播放幾種不同的音調，因此需要導入TonalBuzzer并將其設置為引腳13。
from gpiozero import TonalBuzzer
piezo = TonalBuzzer(13)
如果所有連接都正確，當您輸入以下內容時將會發出尖銳的聲音：
piezo.play(‘A4’)
并且在您停止程序之前將會持續下去，停止程序的代碼為：
piezo.stop()
您也可以播放其他音調的聲音！請嘗試以下指令：
piezo.play(‘C4’)
piezo.play(‘D4’)
piezo.play(‘E4’)

編寫播放一系列聲音的程序

現在讓我們把所有的指令放入同一個函數中，從而實現以不同的音調發出嗶嗶聲。我們將在一開始從time模塊中導入sleep函數，這樣就可以避免播放過快而錯過了某個聲音。
from time import sleep
現在讓我們來定義一個簡單的函數，該函數的功能是播放特定音調的蜂鳴聲一秒鐘。請記住Python對縮進很敏感。
def playTone(pitch):
piezo.play(pitch)
sleep（1）
piezo.stop()
再次按回車鍵，讓Python知道您已經完成了函數的編寫。檢查一下是否工作正常也是個不錯的主意。
playTone(‘A4’)
playTone(‘C4’)
每個指令運行后應會各自發出不同音調的嗶嗶聲。如果不是的話，請檢查輸入的內容是否正確。
現在我們可以定義另外一個便捷的函數，該函數的功能是以不同的音調播放三次嗶嗶聲。
def playTones():
playTone(‘A4’)
playTone(‘D4’)
playTone(‘E4’)
再次按下回車鍵完成該函數，然后檢查是否工作正常。
playTones()
一切正常嗎？太棒了。

與按鈕連接

剩下的工作就是連接一個按鈕并進行編程，以使其能夠控制聲音的播放。
將按鈕放置在面包板上，并跨越中心溝槽。
然后使用跨接電纜將按鈕的一個角連接到負電源軌，對角線相對的角連接到GPIO引腳，我使用的是引腳12。
現在，我們導入GPIO Zero中的Button類，并將其設置為引腳12：
from gpiozero import Button
button = Button(12)
接下來要做的就是使程序在按下按鈕時運行我們的函數。
button.when_pressed = playTones
現在按下按鈕。如果所有操作正確，此時將會播放聲音。
GPIO Zero 讓一切變得簡單
是不是很簡單？我們只用了三行代碼就配置了按鈕。
雖然表面看上去很簡單，但其實其中涉及了很多內容：上拉和下拉電阻以及高電平有效和低電平有效信號。不同的音調是使用一種被稱為“脈沖寬度調制”的技術生成的，其中引腳通過在啟動和關閉之間快速轉換來模仿模擬電壓。GPIO Zero已經完成了所有這些工作的預配置。
當您掌握了基本要領后，就可以開始嘗試進行所有這些內容了。
與此同時，敬請享受通過GPIO Zero構建和學習項目的樂趣吧！

DevicePlus 編輯團隊

設備升級版適用于所有熱愛電子和機電一體化的人。

審核編輯黃宇