[RPi]樹莓派GPIO入門之控制LED燈

本文部分資料及圖片來自網絡

一、所需材料

樹莓派4B、LED燈、麪包板、杜邦線、電阻、Python程序

二、認識硬件材料

這裏介紹下LED燈、麪包板、杜邦線、電阻

LED燈：LED燈引腳長的一端爲正極,短的一端爲負極。也可以仔細觀察燈珠內部的電極,較小的是正極,大的一端的是負極。

 

麪包板：方便插線，不用手動接線，其特點是中間的插孔豎向是相通的，邊緣的插孔橫向是相通的。

 

杜邦線：杜邦線可實現插針式的連接，不用焊接，方便實驗連通電路。杜邦線是分公母頭的，本實驗使用兩根公-母杜邦線，用於連接樹莓派的正負極

 

電阻：電阻沒啥介紹的，就是增加阻值，防止電源直接接到LED燈給燒了。但這裏要說下電阻的識別方法，沒錯，電阻是可以通過上面畫的線條來識別是多大電阻的，如下圖所示。

電阻大小=第一段第二段第三段*乘數

 

注意：第一段第二段第三段，是放在一起組成一個三位數然後和乘數相乘

 

 

三、認識樹莓派的GPIO

本次實驗使用的樹莓派爲4B，因此這裏只介紹4B的GPIO引腳結構，其他版本和4B的引腳定義略有不同，請自行查閱。

說到GPIO，首先了解下什麼是GPIO，GPIO英語爲General-purpose Input/Output，是通用型輸入輸出的簡稱。GPIO的輸入輸出是可以用過讀取寄存器來確定引腳高低點位的，那麼解釋下什麼是輸入輸出，輸出就是控制引腳爲高電平或低電平，爲我們連接的設備進行供電或不供電，比如連接LED燈，可以設置引腳爲高電平爲其供電，燈就亮了；輸入就是獲取引腳的高低電平，判斷傳感器是否檢測到，比如紅外人體感應器，當感性到人體後會輸出高電平，我們讀到高電平則表示有人體。當然還有一些其他引腳，比如作爲串口的TX，RX等。

4B的GPIO是40針腳的，引腳定義如下圖所示。

 

樹莓派的GPIO在實際使用中，會看到3中命名方案，wiringPi、BOARD和BCM三種方式，使用時選擇其中一種即可，只要將針腳對應正確即可生效。其中wiringPi主要是用於C語言中wiringPi模塊的編碼，BOARD是樹莓派板子上的物理引腳的編碼，BCM就是BCM自己的編碼規則。注意在Python中不支持wiringPi的編碼規則，只能使用BOARD和BCM編碼方式。

四、直接點亮LED

沒看錯，這一步是點亮LED，但這裏所說的直接點亮是直接給LED供電讓其亮起來，因此連接的電路很簡單，將GPIO的3.3V引腳使用公母杜邦線連接到麪包板，在麪包板相通的一個孔插入電阻一端，電阻另一端查到麪包板的另一豎列的孔中，然後在該數列的其他孔位插入LED燈的正極，負極插入傍邊的空位，然後在該豎列的其他孔位使用公母杜邦線連接負極，LED燈即可點亮。

接線說明

樹莓派GPIO3.3v引腳→電阻→LED燈→負極(0v或GND)

成功點亮

 

 

五、瞭解Python操控GPIO

Python要控制GPIO需要使用RPI.GPIO模塊，如果安裝的是樹莓派官方完整的img系統，是自帶RPI.GPIO模塊的。要想驗證是否已安裝RPI.GPIO模塊，可進入python交互界面，導入該模塊，如果不報錯即爲已安裝。

那麼在進Python交互界面之前，是可以通過命令查看樹莓派輸出定義的，在終端使用“pinout”命令可查看當先樹莓派的硬件結構，如下圖所示。

 當然這個不是重點，只是爲了方便大家在忘記GPIO對應時可以用該命令查看，這裏的中間兩列就是BOARD編碼，兩邊的就是BCM編碼。

 

下面言歸正傳，使用Python控制GPIO，在終端輸入“python3”進入Python交互界面(這裏不介紹Python如何安裝了，如果是樹莓派官方系統是自帶Python2和Python3的，如果沒有安裝請自行尋找Python的安裝方法)，然後輸入“import RPI.GPIO as GPIO”，回車後如果沒有報錯，則表示RPI.GPIO是已安裝的，如果報錯，則可能是沒有安裝RPI.GPIO或RPI.GPIO無法正常工作，這是需要重新安裝RPI.GPIO模塊，命令如下

# 安裝rpi.gpio，我這裏使用的是python3，Python2的去掉pip後的3即可

# sudo pip3 install rpi.gpio

# 卸載rpi.gpio，這裏提卸載是爲了RPI.GPIO無法正常工作時，先卸載再安裝

# sudo pip3 uninstall rpi.gpio

使用Python控制GPIO的幾個主要操作：

1. 導入RPi.GPIO模塊 import RPi.GPIO as GPIO
2. 設置引腳編碼模式 GPIO.setmode(GPIO.BOARD)/GPIO.setmode(GPIO.BCM)
3. 設置引腳的操作模式(即輸出還是輸入) GPIO.setup(2, GPIO.OUT)/GPIO.setup(2, GPIO.IN)
4. 設置引腳的高低電平 GPIO.output(2, GPIO.HIGH)/GPIO.output(2, GPIO.LOW)

六、使用Python控制LED燈

現在要是用Python控制LED燈的話，要將引腳的連接位置改動下才能使用，硬件連接要按以下方式連接

樹莓派GPIO引腳→電阻→LED燈→負極(0v或GND)

連接好後，可以直接打開終端程序，按以下命令一行行輸入，即可看到效果

$python3 
>>> import RPi.GPIO as GPIO 
>>> GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # 設置編碼模式 
>>> GPIO.setup(3,GPIO.OUT) # 將通道（即引腳）3設置爲輸出模式，此時LED燈爲熄滅狀態 
>>> GPIO.output(3,GPIO.HIGH) # 將通道3操作爲高電平，此時LED燈爲點亮狀態 
>>> GPIO.output(3,GPIO.LOW) # 將通道3操作爲低電平，此時LED燈爲熄滅狀態 
>>> GPIO.cleanup() # 重置所有通道的模式，傳入通道的話，只重置輸入的通道

 

七、控制LED燈閃爍

之前只是簡單的將燈點亮，如果我們要想讓燈閃爍怎麼做呢，可以通過高低電平來控制，當然肯定不能在交互界面實現了，手動輸入太慢了，我們要建立一個led.py文件，在文件中實現控制LED燈的閃爍，文件內容如下：

# coding:utf-8 
import RPi.GPIO as GPIO 

GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 
GPIO.setup(10, GPIO.OUT) # 這裏使用的是10引腳，請根據自己使用的引腳編號修改 
n = 0 # 用於控制閃爍次數 
while n < 30: 
    GPIO.output(10, GPIO.HIGH) 
    GPIO.output(10, GPIO.LOW) 
    n += 1 
print('end')

在終端使用下面命令可以執行該文件

>>>python3 led.py

也許你會發現，當文件執行完後，燈不僅沒亮，還報了個警告，如下圖

 沒事不要着急，這個警告是因爲咱們控制通道的頻率太高了，該通道響應不過來了，因此，我們需要在每次操作高低電平的語句後面加上延時，這個需要導入time模塊，這個是Python自帶的，下面將上面led.py文件代碼進行下修改

# coding:utf-8 
import RPi.GPIO as GPIO 
import time 

GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 
GPIO.setup(10, GPIO.OUT) # 這裏使用的是10引腳，請根據自己使用的引腳編號修改 
n = 0 # 用於控制閃爍次數 
while n < 30: 
    GPIO.output(10, GPIO.HIGH) 
    time.sleep(0.05) 
    GPIO.output(10, GPIO.LOW) 
    time.sleep(0.05) 
    n += 1 
print('end')

 這是再執行文件，發現燈可以閃爍了，其實我們目的就已經達到了，但是同時發現那個警告還是存在的，有強迫症的人看到這個警告就會不爽了，總以爲是報錯。其實仔細讀下那個警告，就會發現，其實警告中已經提示我們如何關閉它了，就是用GPIO.setwarnings(False)來禁止其輸出，下面在修改下led.py的代碼，如下

# coding:utf-8 
import RPi.GPIO as GPIO 
import time 

GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 
GPIO.setwarnings(False) 
GPIO.setup(10, GPIO.OUT) # 這裏使用的是10引腳，請根據自己使用的引腳編號修改 
n = 0 # 用於控制閃爍次數 
while n < 30: 
    GPIO.output(10, GPIO.HIGH) 
    time.sleep(0.05) 
    GPIO.output(10, GPIO.LOW) 
    time.sleep(0.05) 
    n += 1 
print('end')

 

這時我們在運行，發現警告已經沒有了，燈也開始閃爍了。