树莓派的GPIO等接口

2024-02-23 11:01:22

树莓派接口

GPIO接口

编号方式

3.3V、5V（VCC）：电源正极
GND：接地用，负极负极负极
SDA.0、SDA.1：这个是 I2C(I方C)总线数据传输口
SCL.0、SCL.1：I2C总线的时钟信号
GPIO.x（x = 0,1,2,3,4,5,6,7;21,22,23,24,25,26,27,28,29）:通用输入输出接口，GPIO端口，可通过软件分别配置成输入或输出
TXD：用来发送数据
RXD：用来接收数据（一般用于单片机与计算机或者芯片通信，单片机与计算机进行串口通信时，单片机的RXD接计算机的TXD，单片机的TXD接计算机的RXD。详解：https://blog.csdn.net/sdwuyulunbi/article/details/6632382）
MOSI：主输出从输入
MISO：主输入从输出
SCLK：系统时钟,指晶振频率
CE0、CE1：片选信号（芯片有效）-表示低电平有效

在实际使用中，许多项目还需要一些不同的功能。因此树莓派的一些GPIO引脚具有I2C、SPI和UART接口等双重功能，与树莓派3B+相比，树莓派4 支持这些功能的接口增加了，使许多引脚的功能得到了扩展。下面是对每种功能做一下简要的描述。
I2C接口
I2C是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。树莓派通过I2C接口可控制多个传感器和组件。它们的通信是通过SDA(数据引脚)和SCL(时钟速度引脚)来完成的。每个从设备都有一个唯一的地址，允许与许多设备间快速通信。ID_EEPROM引脚也是I2C协议，它用于与HATs通信。
SPI接口
SPI是串行外设接口，用于控制具有主从关系的组件，采用从进主出和主进从出的方式工作，树莓派上SPI由SCLK、MOSI、MISO接口组成，SCLK用于控制数据速度，MOSI将数据从树莓派发送到所连接的设备，而MISO则相反。
UART接口
有使用Arduino的朋友一定听说过UART或Serial，通用异步收/发器接口用于将Arduino连接到为其编程的计算机上，也用于其他设备与 RX 和 TX 引脚之间的通信。如果树莓派在 raspi-config 中启用了串口终端，则可以使用这些引脚通过电脑来控制树莓派，也可以直接用于控制Arduino。
PWM接口
在树莓派上，所有的引脚都可以实现软件PWM，而GPIO12、GPIO13、GPIO18、GPIO19可以实现硬件脉宽调制。关于PWM可阅读什么是PWM 这篇文章。
python下使用GPIO

导入模块

import RPi.GPIO as GPIO

设置引脚引用模式

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
#or
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

检测使用的哪种模式可以使用

mode=GPIO.getmode()
#mode的取值有GPIO.BOARD, GPIO.BCM, None

以下代码如无特殊说明，均使用GPIO.BOARD引脚映射模式。
设置引脚方向（输入，输出）
如设置40号引脚为输入方向

pin = 40
GPIO.setup(pin,GPIO.IN)

输出同理

GPIO.setup(pin,GPIO.OUT)
#输出还可以加初始电平：
GPIO.setup(pin,GPIO.OUT,initial=GPIO.HIGH)
如果要同时设置多个引脚：
list=[11,12]
GPIO.setup(list,GPIO.OUT)

如果要同时设置多个引脚

list=[11,12]
GPIO.setup(list,GPIO.OUT)

释放
一般来说，程序到达最后都需要释放资源，这个好习惯可以避免偶然损坏树莓派。释放脚本中的使用的引脚：

GPIO.cleanup()

警告
如果RPi.GRIO检测到一个引脚已经被设置成了非默认值，那么你将看到一个警告信息。你可以通过下列代码禁用警告：

GPIO.setwarnings(False)

注意，GPIO.cleanup()只会释放掉脚本中使用的GPIO引脚，并会清除设置的引脚编号规则。
读取
我们也常常需要读取引脚的输入状态，获取引脚输入状态如下代码：

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

如果输入引脚处于悬空状态，引脚的值将是漂动的。
换句话说，读取到的值是未知的，因为它并没有被连接到任何的信号上，直到按下一个按钮或开关。
由于干扰的影响，输入的值可能会反复的变化。
使用如下代码可以解决问题：

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，上面的读取代码只是获取当前一瞬间的引脚输入信号。

如果需要实时监控引脚的状态变化，可以有两种办法。
最简单原始的方式是每隔一段时间检查输入的信号值，这种方式被称为轮询。
如果你的程序读取的时机错误，则很可能会丢失输入信号。
轮询是在循环中执行的，这种方式比较占用处理器资源。
轮询方式

while GPIO.input(channel) == GPIO.LOW:
    time.sleep(0.01)  # wait 10 ms to give CPU chance to do other things

另一种响应GPIO输入的方式是使用中断（边缘检测），这里的边缘是指信号从高到低的变换（下降沿）或从低到高的变换（上升沿）。
边缘检测
边缘是指信号状态的改变，从低到高（上升沿）或从高到低（下降沿）。通常情况下，我们更关心于输入状态的该边而不是输入信号的值。这种状态的该边被称为事件。

wait_for_edge() 函数
wait_for_edge()被用于阻止程序的继续执行，直到检测到一个边缘。

channel = GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO_RISING, timeout=5000)

add_event_detect() 函数
该函数对一个引脚进行监听，一旦引脚输入状态发生了改变，调用event_detected()函数会返回true

GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
if GPIO.event_detected(channel):
	print('Button pressed')

RPI.GPIO 模块的脉宽调制（PWM）功能
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。
创建一个 PWM 实例：

p = GPIO.PWM(channel, frequency)

启用 PWM：

p.start(dc)   # dc 代表占空比（范围：0.0 <= dc <= 100.0）

更改频率：

p.ChangeFrequency(freq)   # freq 为设置的新频率，单位为 Hz

更改占空比：

p.ChangeDutyCycle(dc)  # 范围：0.0 <= dc >= 100.0

停止 PWM：

p.stop()
#注意，如果实例中的变量“p”超出范围，也会导致 PWM 停止。

DSI显示端口

DSI显示端口允许树莓派连接到类似于平板电脑的触摸显示器，这种显示器可以支持触摸控制功能，常见尺寸为7英寸、5英寸等。

CSI摄像头接口

CSI摄像头接口是一个专用的连接器，它允许树莓派连接到树莓派的摄像头模块。一般的网络摄像头是不能在这个接口使用的，因为它们只有一个USB接口。

HDMI / USB / Network接口

这些插槽用于将树莓派连接到HDMI显示器、鼠标和键盘等USB设备，以及用于internet访问的以太网连接。不过，树莓派3B内置Wi-Fi功能，所以一般情况下以太网接口不是很常用。

如果要用到usb串口连接其他设备的话，可以通过 python 的serial库来进行操作：

import serial
ser=serial.Serial('/dev/ttyUSB0',9600)#如果是1就写1
ser.write('12345'.encode())#这里发的时候要有encode（），不然系统会报错格式不对

其他serial库的使用方法自行了解即可。

Micro USB 电源接口 / 3.5mm音频输出接口

树莓派的电源可以通过Micro USB数据线连接到USB 5V充电器直接输入，GPIO引脚的电源也通过它提供。刚安装上树莓派操作系统时，音频默认是通过HDMI输出，可以通过设置从3.5mm音频接口输出。

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