简介

树莓派除了有 USB、网口、HDMI 等常见的接口外，还提供了 GPIO（General Purpose Input/Output）接口，通过这个引脚上的输入和输出，以及高低点位的变化，我们可以很方便的控制电子元器件。

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注意，该模块不适合应用到追求实时性或计数周期的应用中。这是由于您无法预测 Ptyhon 何时繁忙，以及资源回收的时间。而且它是运行在基于 Linux 核心的系统中，也不合适用于实时应用 – 原因在于其它进程可能获得更高的 CPU 优先级。如果您一定要追求实时操作的性能，可以考虑 Arduino 主板

GPIO

GPIO (General Purpose Input/Output) 的意思就是 通用型输入输出，可以使用 python 的第三方库 RPi.GPIO 进行控制。下面是 40个引脚的定义图，编号顺序是乱的，我们可以通过颜色和用途来了解下。

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  • DC Power 5.0v，以及 DC Power 3.3v，它们指的是直流电电压 5.0 或 3.3 伏特，可以简单理解成电池的正极。分别对应 PIN01 和 PIN17 两个引脚输出的是 3.3v 电压，PIN02 和 PIN04 输出的是 5.0v 电压。
  • Ground 引脚，它们直接接地，可以理解成电池的负极。
  • GPIOX 引脚用于软件编程使用，控制输入输出及电平高低来控制元件。

RPi.GPIO

RPi.GPIO是 Python 操作树莓派GPIO 的一个类，允许用户从代码中控制 GPIO 引脚。在树莓派系统中，已经实现了文件到 GPIO 引脚的对应，也就是说，我们可以通过 RPi.GPIO 来修改指定 GPIO 引脚的电位状态。

文档：https://sourceforge.net/p/raspberry-gpio-python/wiki/Home/

引入 RPi.GPIO

  1. import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode

树莓派引脚有BOARD和BCM两种编号方式 , BOARD具有很好的适用性，不用看接口图，数引脚 1~40 就可以接线, 不论树莓派 1 2 3, 都不用修改代码。BCM编号方式换个版本再接线时数引脚是不行的。

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图中的GPIOxx的方框即是BCM编码方式, 直接写数字的深灰框是BOARD编码方式, 如BCM编码方式的 GPIO02 对应BOARD编码方式的 3，推荐用BOARD编号方式。

终端查看BCM编号的方式: 

  1. gpio readall

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确认使用的引脚编号方式：

  1. GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
  2. # or
  3. GPIO.setmode(GPIO.BCM)

检测使用的是哪种编号方式:

  1. #The mode will be GPIO.BOARD, GPIO.BCM or None
  2. mode = GPIO.getmode()

GPIO.setwarnings

树莓派可能不止有一个脚本/电路在操纵GPIO, 如果树莓派检测到引脚不是默认的输入状态, 会给出警告, 可以用一行代码避免警告:

  1. GPIO.setwarnings(False)

GPIO.setup

当我们在使用某个 GIPO 的时候，我们需要设置这一个通道（ 输入或者输出），表明使用它，同时还可以初始化其状态（ 高低电平等）。通道编号是基于您所使用的编号系统所指定的（BOARD 或 BCM）。

  1. # 配置为输入、输出的通道
  2. GPIO.setup(channel, GPIO.IN)
  3. GPIO.setup(channel, GPIO.OUT)
  5. # 指定输出通道的初始值为高电平、低电平
  6. GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
  7. GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
  9. # 还可以设置多个通道
  10. han_list = [11,12]
  11. GPIO.setup(chan_list, GPIO.OUT)
  13. # 还可以初始化为上拉或者下拉电阻
  14. GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
  15. GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.input

读取一个GPIO口的值

  1. GPIO.input(channel)
  2. # 低电平返回 0 / GPIO.LOW / False
  3. # 高电平返回 1 / GPIO.HIGH / True。

GPIO.output

设置 GPIO 针脚的输出值，高电平 or 低电平：

  1. # channel 脚针，state 状态
  2. # 高电平 state 可以是 0 / GPIO.LOW / False 
  3. # 低电平 state 可以是 1 / GPIO.HIGH / True
  4. GPIO.output(channel, state)
  6. # 设置输出到多个通道
  7. chan_list = [11,12] 
  8. GPIO.output(chan_list, GPIO.LOW)
  9. GPIO.output(chan_list, (GPIO.HIGH, GPIO.LOW)

GPIO.cleanup

在任何程序结束后，请养成清理用过的资源的好习惯。使用 RPi.GPIO 也同样需要这样。恢复所有使用过的通道状态为输入，您可以避免由于短路意外损坏您的 Raspberry Pi 针脚。

  1. # 脚本结束后进行清理
  2. # 该操作仅会清理您的脚本使用过的 GPIO 通道
  3. GPIO.cleanup()
  5. # 使用列表或元组，清理特定的通道
  6. GPIO.cleanup(channel)
  7. GPIO.cleanup( (channel1, channel2) )
  8. GPIO.cleanup( [channel1, channel2] )

GPIO.PWM

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。

  1. # 创建 PWM 实例
  2. p = GPIO.PWM(channel, frequency)
  3. # 启用 PWM
  4. p.start(dc)
  5. # 更改频率
  6. p.ChangeFrequency(freq)
  7. # 更改占空比
  8. p.ChangeDutyCycle(dc)
  9. # 停止 PWM
  10. p.stop()

注意，如果实例中的变量“p”超出范围，也会导致 PWM 停止。