使用樹(shù)莓派GPIO口點(diǎn)亮雙色LED燈
上一篇文章向大家介紹樹(shù)莓派的硬件部分、安裝操作系統(tǒng)及基礎(chǔ)設(shè)置。這篇文章將介紹樹(shù)莓派的強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)功能口——GPIO，以及利用GPIO口點(diǎn)亮雙色LED燈（樹(shù)莓派的第一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)）。具有一定的參考價(jià)值，需要的朋友可以參考一下。
一、從了解GPIO開(kāi)始
GPIO全稱：通用型輸入輸出端口（General-purpose input/output），其引腳能夠供使用者自由的進(jìn)行使用，可以對(duì)其進(jìn)行輸入，也可以讀取其數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，這些引腳的輸入或輸出都會(huì)關(guān)聯(lián)到某個(gè)寄存器，寄存器的值控制引腳的電平高低。
樹(shù)莓派引腳分類
- 電源引腳:5v，3.3v，GND(Ground)。
- 常規(guī)GPIO控制引腳:可以通過(guò)編寫(xiě)程序控制這些引腳的高低電平。
- 特殊GPIO通訊引腳: SPI通訊，12C通訊，TxD/RxD串口通訊。
樹(shù)莓派引腳編碼 - 功能物理引腳：這種編碼方式是按照樹(shù)莓派主板上引腳排針編號(hào)。分別對(duì)應(yīng)1~40號(hào)排針。從左到右，從上到下：左邊奇數(shù)，右邊偶數(shù)。
- BCM：這種方式是參考 Broadcom SOC的通道編號(hào)側(cè)重CPU寄存器。使用Python控制樹(shù)莓派引腳時(shí)，使用的是WiringPi編碼。
- WiringPi編碼:WiringPi編碼，把擴(kuò)展GPIO端口從0開(kāi)始編碼。使用 C語(yǔ)言控制樹(shù)莓派引腳時(shí)，使用的是WiringPi編碼。
窗口查看引腳編號(hào)
1、在終端輸入指令：pinout
2、使用樹(shù)莓派輸入gpio readall命令查看pin狀態(tài)
- 輸入以下命令安裝Git：
sudo apt install git-core
- 輸入以下命令，將 WiringPi 文件下載到樹(shù)莓派系統(tǒng)的當(dāng)前目錄。
sudo git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi
- 耐心等待其安裝完成。下載完成后，我們可以在當(dāng)前目錄下看到一個(gè)WiringPi文件夾。如下所示。
- 輸入以下命令進(jìn)入 WiringPi 文件夾目錄。
cd WiringPi/
- 輸入以下命令安裝 WiringPi。
sudo ./build
- 耐心等待它的安裝完成。當(dāng)我們看到下面的界面沒(méi)有任何錯(cuò)誤時(shí)，就意味著安裝完成了。
- 輸入以下命令查看gpio的版本。
gpio -v
- 最后，我們可以查看樹(shù)莓派各個(gè)管腳的狀態(tài)，輸入指令：
gpio readall
使用RPi.GPIO模塊
RPi.GPIO是Python的一個(gè)模塊，樹(shù)莓派默認(rèn)已經(jīng)安裝了該模塊。本節(jié)詳細(xì)介紹如何使用Python的RPi.GPIO模塊控制GPIO。
1、導(dǎo)入RPi.GPIO模塊
import RPi.GPIO as GPIO
2、設(shè)置指定模式（強(qiáng)制）管腳編號(hào)
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #物理引腳編碼
GPIO.setmode(GPIO.BCM) #BCM編碼
3、設(shè)置禁用警告
如果GRIO檢測(cè)到一個(gè)引腳已經(jīng)被設(shè)置成了非默認(rèn)值，可以使用setwarnings()關(guān)閉警告信息。
GPIO.setwarnings(False)
4、設(shè)置引腳輸入和輸出
要將通道配置為輸入：
GPIO.setup(channel, GPIO.IN)
要將通道設(shè)置為輸出，請(qǐng)調(diào)用：
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT)
為輸出通道指定一個(gè)初始值：
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
將通道設(shè)置為輸出時(shí)，同時(shí)設(shè)置多個(gè)通道：
channels = [18, 12, 13]
GPIO.setup(channels, GPIO.OUT)
要讀取通道的值：
GPIO.input(channel) #返回 GPIO.LOW 或 GPIO.HIGH。
要設(shè)置配置為輸出的引腳的值：
GPIO.output(channel, state)
其中狀態(tài)可以是 GPIO.LOW 或 GPIO.HIGH。
還可以輸出到通道列表或元組：
channels = [18, 12, 13]
GPIO.output(channels, GPIO.HIGH) # or GPIO.LOW
GPIO.output(channel, (GPIO.LOW, GPIO.HIGH, GPIO.HIGH))
5、清理所有使用的通道
在程序結(jié)束時(shí)，最好清理通道，以便將所有引腳設(shè)置為默認(rèn)狀態(tài)。
GPIO.cleanup()
二、實(shí)驗(yàn)——樹(shù)莓派GPIO口控制雙色LED燈
1、簡(jiǎn)介
雙色LED燈（雙基色 LED燈），是指模塊只能顯示2種顏色，一般是紅色和綠色，可以有三種狀態(tài)：滅、顏色1亮、顏色2亮；根據(jù)顏色組合的不同，分為紅藍(lán)雙色，黃藍(lán)雙色，紅綠雙色等等。雙色 LED常于指示狀態(tài)：比如紅色表示設(shè)備異常，綠色表示正常。
2、組件
1、樹(shù)莓派主板*1
2、樹(shù)莓派電源*1
3、40P軟排線*1
4、雙色LED模塊*1
5、面包板*1
6、杜邦線、跳線若干
3、實(shí)驗(yàn)原理
將引腳S（綠色）和中間管腳R（紅色）連接到樹(shù)莓派的GPO 接口上，對(duì)樹(shù)莓派進(jìn)行編程控制，將LED的顏色從紅色變?yōu)榫G色，然后使用PWM混合其他顏色。
該模塊的原理圖如下所示：
4、實(shí)驗(yàn)步驟
連接電路。將樹(shù)莓派通過(guò)T型轉(zhuǎn)接板連接到面包板，樹(shù)莓派GPIO 11即T型轉(zhuǎn)接板GPIO 17，“紅白線”連接雙色LED模塊R端子；樹(shù)莓派GPIO 12 即T型轉(zhuǎn)接板GPIO 18，“綠白線”連接雙色LED模塊G端子；樹(shù)莓派GND即T型轉(zhuǎn)接板GND，“黑線”連接雙色LED模塊GND端子。
| 樹(shù)莓派 | 面包板 | 雙色LED模塊 |
|---|---|---|
| GPIO1 | GPIO18 | G(S) |
| GPIO0 | GPIO17 | R(中間) |
| GND | GND | GND |
5、代碼實(shí)現(xiàn)
WM的頻率：P決定了輸出的數(shù)字信號(hào)on （1） 和 off（0 ）的切換速度，頻率越高，切換就越快。
占空比：指一串理想脈沖序列中，正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值，用來(lái)調(diào)節(jié)燈的亮度。
import RPi.GPIO as GPIO
import time
colors = [0xFF00, 0x00FF, 0x0FF0, 0xF00F]
makerobo_pins = (11, 12) # PIN管腳字典
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # 采用實(shí)際的物理管腳給GPIO口
GPIO.setwarnings(False) # 去除GPIO口警告
GPIO.setup(makerobo_pins, GPIO.OUT) # 設(shè)置Pin模式為輸出模式
GPIO.output(makerobo_pins, GPIO.LOW) # 設(shè)置Pin管腳為低電平(0V)關(guān)閉LED
p_R = GPIO.PWM(makerobo_pins[0], 2000) # 設(shè)置頻率為2KHz
p_G = GPIO.PWM(makerobo_pins[1], 2000) # 設(shè)置頻率為2KHz
# 初始化占空比為0(led關(guān)閉)
p_R.start(0)
p_G.start(0)
def makerobo_pwm_map(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min
def makerobo_set_Color(col): # 例如:col = 0x1122
R_val = col > > 8
G_val = col & 0x00FF
# 把0-255的范圍同比例縮小到0-100之間
R_val = makerobo_pwm_map(R_val, 0, 255, 0, 100)
G_val = makerobo_pwm_map(G_val, 0, 255, 0, 100)
p_R.ChangeDutyCycle(R_val) # 改變占空比
p_G.ChangeDutyCycle(G_val) # 改變占空比
# 調(diào)用循環(huán)函數(shù)
def makerobo_loop():
while True:
for col in colors:
makerobo_set_Color(col)
time.sleep(0.5)
# 釋放資源
def makerobo_destroy():
p_G.stop()
p_R.stop()
GPIO.output(makerobo_pins, GPIO.LOW) # 關(guān)閉所有LED
GPIO.cleanup() # 釋放資源
# 程序入口
if __name__ == "__main__":
try:
makerobo_loop() # 調(diào)用循環(huán)函數(shù)
except KeyboardInterrupt: # 當(dāng)按下Ctrl+C時(shí)，將執(zhí)行destroy()子程序。
makerobo_destroy() # 釋放資源