?

　　樹莓派現在越來越火，網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，下面詳細介紹一下樹莓派gpio接口及編程方法。

　　GPIO基本介紹

　　GPIO（GeneralPurposeI/OPorts）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-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口和硬件進行數據交互（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。

　　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的針腳。每個針腳都可以使用程序進行控制操作。

　　GPIO的編號

　　操作樹莓派的GPIO端口，GPIO的編號便存在三種不同的方式

　　1、插座編號方式

　　編號側重P1插座側，從上到下，從左到右。正如圖的Header一欄。

　　2、BCM2835編號方式

　　編號側重CPU寄存器，根據BCM2835的GPIO寄存器編號。正如圖BCMGPIO一欄。

　　3、wiringPi編號方式

　　編號側重實現邏輯，把擴展GPIO端口從0開始編號，這種編號方便編程。正如圖WiringPi一欄。

　　GPIO代碼編寫

　　1、直接在樹莓派中編寫

　　樹莓派中有幾款代碼（文本）編輯軟件，可以在樹莓派中編寫代碼。

　　2、在windows中編寫

　　可以在windows中編寫代碼，如果是Python腳本可通過FTP軟件傳輸到樹莓派中，然后使用SSH客戶端登錄到樹莓派中執行Python腳本。如果是C語言文件，除了使用FTP傳輸之外還需要在樹莓派上編譯才可以生成可執行文件（相當于windows上的exe文件）。

　　3、在其他linux中編寫

　　與windows中編寫代碼不同，在其他linux發行版（例如ubuntu）中可安裝交叉工具鏈，交叉編譯C文件生成在樹莓派的可執行文件，那么使用FTP傳輸可執行文件至樹莓派即可。其實方式1和方式3是幾乎相同的。

　　控制GPIO編程

　　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。

　　importRPi.GPIOasGPIO

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

　　try：

　　importRPi.GPIOasGPIO

　　exceptRuntimeError：

　　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規則，是更底層的工作方式，它和Broadcom的片上系統中信道編號相對應。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）指定一種編號規則：

　　GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

　　#or

　　GPIO.setmode（GPIO.BCM）

　　下面代碼將返回被設置的編號規則

　　mode=GPIO.getmode（）

　　警告

　　如果RPi.GRIO檢測到一個引腳已經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則。

　　輸出

　　要想點亮一個LED燈，或者驅動某個設備，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就可以了，代碼如下：

　　GPIO.output（channel，state）

　　狀態可以設置為0/GPIO.LOW/False/1/GPIO.HIGH/True。如果編碼規則為，GPIO.BOARD，那么channel就是對應引腳的數字。

　　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（）函數讀取一個輸出引腳的狀態并將其作為輸出值，例如：

　　GPIO.output（12，notGPIO.input（12））

　　讀取

　　我們也常常需要讀取引腳的輸入狀態，獲取引腳輸入狀態如下代碼：

　　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，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。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。

　　如果需要實時監控引腳的狀態變化，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。輪詢是在循環中執行的，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

　　whileGPIO.input（channel）==GPIO.LOW：

　　time.sleep（0.01）#wait10mstogiveCPUchancetodootherthings

　　邊緣檢測

　　邊緣是指信號狀態的改變，從低到高（上升沿）或從高到低（下降沿）。通常情況下，我們更關心于輸入狀態的該邊而不是輸入信號的值。這種狀態的該邊被稱為事件。先介紹兩個函數：

　　wait_for_edge（）函數。wait_for_edge（）被用于阻止程序的繼續執行，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）

　　ifchannelisNone：

　　print（‘Timeoutoccurred’）

　　else：

　　print（‘Edgedetectedonchannel’，channel）

　　add_event_detect（）函數該函數對一個引腳進行監聽，一旦引腳輸入狀態發生了改變，調用event_detected（）函數會返回true，如下代碼：GPIO.add_event_detect（channel，GPIO.RISING）#addrisingedgedetectiononachannel

　　do_something（）

　　//下面的代碼放在一個線程循環執行。

　　ifGPIO.event_detected（channel）：

　　print（‘Buttonpressed’）

　　上面的代碼需要自己新建一個線程去循環檢測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，這種方式是直接傳入一個回調函數：

　　defmy_callback（channel）：

　　print（‘Thisisaedgeeventcallbackfunction！’）

　　print（‘Edgedetectedonchannel%s’%channel）

　　print（‘Thisisruninadifferentthreadtoyourmainprogram’）

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

　　如果你想設置多個回調函數，可以這樣：

　　defmy_callback_one（channel）：

　　print（‘Callbackone’）

　　defmy_callback_two（channel）：

　　print（‘Callbacktwo’）

　　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：回調觸發時，并不會同時執行回調函數，而是根據設置的順序調用它們。

　　綜合例子：點亮LED燈

　　上面說明了一大堆函數庫的用法，那么現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：

　　importRPi.GPIOasGPIO//引入函數庫

　　importtime

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

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

　　whileTrue

　　GPIO.output（channel，1）//將引腳的狀態設置為高電平，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。執行python3main.py，即可觀看效果。Ctrl+C可以關閉程序。

　　此外，不妨也試試其它的函數吧，增強印象。

　　使用PWM

　　這個python函數庫還支持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：

　　importtime

　　importRPi.GPIOasGPIO//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）//開始脈寬調制，參數范圍為：（0.0《=dc《=100.0）

　　try：

　　while1：

　　fordcinrange（0，101，5）：

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

　　time.sleep（0.1）

　　fordcinrange（100，-1，-5）：

　　p.ChangeDutyCycle（dc）

　　time.sleep（0.1）

　　exceptKeyboardInterrupt：

　　pass

　　p.stop（）//停止輸出PWM波

　　GPIO.cleanup（）//清除

　　結語

　　在文中，主要講解了GPIO的概念，以及如何使用python操作GPIO。但是想要充分了解樹莓派gpio編程，還需要自己實際動手操作以及分析總結。