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& 【创客学堂】玩转树莓派之GPIO输入与输出
【创客学堂】玩转树莓派之GPIO输入与输出
编辑：Artech
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&&& 树莓派（Raspberry Pi）本质上是一台Linux小电脑，但其板载的GPIO接口彰显着它的独特之处。掌握并控制好这些IO接口我们就可以将树莓派变成一块性能极高的单片机。本文通过“按键控制树莓派LED灯”的实验给大家分享一下使用树莓派GPIO进行输入输出的经验。
图1 接好各种外设的树莓派
一 准备器材
&&& 下面通过一个“按键控制树莓派LED灯”的实验给大家分享一下本人使用树莓派GPIO进行输入输出的经验。
&&&& 这个实验中我们选用Python语言对树莓派GPIO口进行编程。Python语言是一种面向对象的解释性语言。好在现在有中文版的教材所以学习起来还是蛮轻松地。最新版的树莓派上已经预装了Python软件以及驱动GPIO的软件包。我们直接进行编程就行了（如果没有软件包请按《爱上Raspberry Pi》书中所提方法进行安装）。
&&&& 树莓派为了减小成本，没有I/O口的外设，所以我们需要一些有I/O外设的扩展板，在这里给大家推荐一款，它有专门为树莓派设计的接口，它将树莓派所有的GPIO接口全部引出，板上有一颗LED接到树莓派GPIO25脚上，另有一颗按键接到GPIO24。板子的其余部分全部打上通孔可以让玩家焊上自己的电路。
图2 树莓派原型扩展板
&&&& 首先，给大家演示一下用Python指令驱动GPIO。打开树莓派终端输入 sudo python 用管理员身份打开python程序。依次输入以下指令：&&&GPIO.setmode(GPIO.BCM)
&&&GPIO.setup(25,GPIO.OUT) #设置25管脚为输出
&&&GPIO.output(25,GPIO.HIGH) #25脚输出高电平
&&&GPIO.output(25,GPIO.LOW) #25脚输出低电平
&&& 以上的指令可以控制管脚的输出，python程序还可以读取引脚的输入，这将在接下来的例子中体现出来。
&&& 指令固然能控制I/O口，当然我们最希望的还是能生成可执行文件，树莓派做到这一点自然也是毫无问题的。首先我们需要建立一个空文本，在文本中输入以下程序（程序内容如注释所示）。
import RPi.GPIO as GPIO #调入GPIO库
import time #调入时间库
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(24,GPIO.IN) #将24脚设置为输入
#GPIO.setup(24,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
#将24脚设置成有上拉模式，如果用不带上拉电阻的按键可以使用此句。
GPIO.setup(23,GPIO.OUT) #将23脚设置为输出
while True: #循环执行
&&& inputValue = GPIO.input(24)#读取键值
&&& if(inputValue==0): #判断键值
&&&&&&&& count=count+1
&&& if(count%2==0):
&&&&&&&& print("THE LED IS ON NOW") #终端输出
&&&&&&&& print("THE LED IS OFF NOW") #终端输出
&&& time.sleep(0.3) #延时等待
&&& if(count%2==0): #根据count的值决定LED灯是否开闭
&&&&&&&& GPIO.output(23,GPIO.HIGH)
&&&&&&&& GPIO.output(23,GPIO.LOW)
&&& time.sleep(0.01) #延时等待留给系统空闲时间
& #注意：1、程序段的前的空格数,Python程序用空格字符控制程序层次，而不是C语言的“{}”。2、Python程序中的注释符是“#”而不是“//”.
&&&&&&& 然后按下面的电路图搭建电路，这里我用的是树莓派原型扩展板自带的面包板自己搭建的电路。如果不想自己搭建电路也可以使用原型扩展板上的自带的LED灯和按键。只需要根据程序所示用语句“GPIO.setup(channel,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP)”将该输入口设置成上拉模式即可。
图3 按键与LED电路原理图
图4 插接好元器件的原型扩展板
二 实践环节
&&&& 将文本保存命名为KEYLED.py文件。然后进入树莓派终端，输入sudo python keyled.py ，运行我们所写的程序。我们可以看到当按下按键时，LED灯变亮，终端显示THE LED IS ON NOW,当按键再次按下时，LED灯变灭，终端显示THE LED IS OFF NOW。
图5 输入程序运行指令
图6 LED灯亮灭状态显示
&&& 树莓派的GPIO应用起来虽不如Arduino简单易用，不过稍加练习很快也能运用自如，这样Arduino的很多模块在树莓派GPIO上也同样能够玩转起来。
&相关链接：
树莓派二代：
树莓派原型扩展板：
树莓派显示器：
爱上Raspberry Pi：
爱上Raspberry Pi套件：
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&三：PRi.GPIO的使用示例import RPi.GPIOimport timeRPi.GPIO.setmode(RPi.GPIO.BOARD)& #GPIO.BOARD GPIO.BCM分别表示IO口的标号方式RPi.GPIO.setup(12,RPi.GPIO.OUT)RPi.GPIO.setup(11,RPi.GPIO.IN)RPi.GPIO.output(12,GPIO.HIGH)&while True:&&&&if RPi.GPIO.input(11):&&&&&&&&RPi.GPIO.output(12,GPIO.LOW)&&&&else:&&&&&&&&RPi.GPIO.output(12,GPIO.HIGH)&&&&time.sleep(1)
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历史上的今天
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迷上了代码！12712人阅读
树莓派（36）
& & 树莓树莓派可以无痛入门linux，下面通过命令和shell脚本控制树莓派GPIO。通过本文可以熟悉多个linux命令，并熟悉shell脚本编写方法，并对IO重定向有一个基本的体会。我在学习树莓派的过程中积累了自信，现在觉得linux没那么神秘没那么难，反而充满了无穷的乐趣，希望通过博客把快乐带给大家。
& &&相关博文
& & 【】树莓派GPIO入门文章
1.引脚与编号关系
图1 引脚与编号关系
例如 Header-PIN7 对应WiringPi GPIO7 对应BCM GPIO4。
2.使用命令操作GPIO
& & 请耐心输入以下命令并查看效果
# 获得超级权限
# 进入GPIO目录
cd /sys/class/gpio
# 使用ls查看gpio目录中的内容，可以查看到
# export gpiochip0 unexport
# GPIO操作接口从内核空间暴露到用户空间
# 执行该操作之后，该目录下会增加一个gpio4文件
echo 4 & export
# 进入GPIO4目录，该目录由上一步操作产生
查看gpio4目录中的内容，可查看到
active_low direction edge power subsystem uevent value
# 设置GPIO4为输出方向
echo out & direction
# BCM_GPIO4输出逻辑高电平，LED点亮
echo 1 & value
BCM_GPIO4输出逻辑低电平，LED熄灭
echo 0 & value
# 返回上一级目录
# 注销GPIO4接口
echo 4 & unexport
# 退出超级用户
【1】&符号为IO重定向符号，IO重定向是指改变linux标准输入和输出的默认设备，指向一个用户定义的设备。例如echo 4 & export便是把4写入到export文件中。
【2】linux内核中关于GPIO驱动的【】。
3.编写一个shell脚本
新建一个名为ledon.sh的脚本。
#!/bin/bash
#利用echo输出一些提示语句
echo export pin $1
echo $1 & /sys/class/gpio/export
echo setting direction to output
echo out & /sys/class/gpio/gpio$1/direction
echo setting pi high
echo 1 & /sys/class/gpio/gpio$1/value
【1】如果在windows上编写shell脚本的话（后使用FTP工具传输至树莓派），必须保存为unix格式。shell脚本每行以\n结尾，而不是windows中的\r\n。可以使用notepad++格式转换功能完成变化。
【2】一般情况下，脚本文件可读可写，但不能被执行。需要通过chmod指令增加可执行功能，例如输入以下命令（请注意，需要通过cd指令进入shell脚本所在的目录）
chmod +x ledon.sh
【3】shell脚本可传入参数，例如$1代表第一个参数，$2代表第二个参数，以此类推。
& & 运行该脚本可输入以下指令，使得BCM_GPIO4输出高电平
& & sudo ./ledon.sh 4
& &其实树莓派GPIO控制就那么简单。
5.参考资料
【1】图书 《爱上树莓派》
参考知识库
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