樹莓派現在越來越火,網上樹莓派的資料也越來越多。樹莓派源自英國,國外嵌入式開源領域具有良好的分享精神,樹莓派各種集成庫也層出不窮,下面推薦幾個。
【python GPIO】
【開發語言】——python
【簡單介紹】——該庫更確切的名稱為raspberry-gpio-python,樹莓派官方資料中推薦且容易上手。python GPIO是一個小型的python庫,可以幫助用戶完成raspberry相關IO口操作。但是python GPIO庫還沒有支持SPI、I2C或者1-wire等總線接口。除了python GPIO之外,還有眾多的python擴展庫(例如webiopi),毫無疑問的說python非常適合樹莓派,樹莓派也非常適合python。
【wiringPi】
【開發語言】——C語言
【簡單介紹】——wiringPi適合那些具有C語言基礎,在接觸樹莓派之前已經接觸過單片機或者嵌入式開發的人群。wiringPi的API函數和arduino非常相似,這也使得它廣受歡迎。作者給出了大量的說明和示例代碼,這些示例代碼也包括UART設備,I2C設備和SPI設備等,毫無疑問地說wiringPi功能非常強大。
【BCM2835 C Library】
【開發語言】——C語言
【簡單介紹】BCM2835 C Library可以理解為使用C語言實現的相關底層驅動,它給我的感覺更像STM32的庫函數,BCM2835 C Library的驅動庫包括GPIO、SPI和UART等,可以通過學習BCM2835 C Library熟悉BCM2835相關的寄存器操作。如果有機會開發樹莓派上的linux驅動,或自主開發python或PHP擴展驅動,可以從BCM2835 C Library找到不少的“靈感”。
GPIO基本介紹
GPIO(General Purpose I/O Ports)意思為通用輸入/輸出端口,通俗地說,就是一些引腳,可以通過它們輸出高低電平或者通過它們讀入引腳的狀態-是高電平或是低電平。GPIO是個比較重要的概念,用戶可以通過GPIO口和硬件進行數據交互(如UART),控制硬件工作(如LED、蜂鳴器等),讀取硬件的工作狀態信號(如中斷信號)等。GPIO口的使用非常廣泛。掌握了GPIO,差不多相當于掌握了操作硬件的能力。
現在,我們先看看樹莓派上的GPIO是怎么樣的:
右上角的詳細圖:
我們重點看第二張詳細圖。這張圖上可以看到,每一個針腳都有Pin#和NAME字段。Pin代表的是該針腳的編號,其中01和02針腳對應第一張圖中GPIO最右邊豎排的兩個針腳。而NAME代表的是該針腳的BCM名稱,當然NAME也可以直接看得出針腳的默認功能。比如 3.3v和5v代表著該針腳會輸出3.3v和5v的電壓,Ground代表著該針腳是接地的,GPIO0*則是一些待用戶開發的針腳。每個針腳都可以使用程序進行控制操作。
控制GPIO
想用python來控制GPIO,最便捷的辦法就是使用一些python類庫,比如樹莓派系統本身集成的RPi.GPIO。本文詳細介紹如何使用RPi.GPIO來控制GPIO。
導入RPi.GPIO模塊
可以用下面的代碼導入RPi.GPIO模塊。
import RPi.GPIO as GPIO
引入之后,就可以使用GPIO模塊的函數了。如果你想檢查模塊是否引入成功,也可以這樣寫:
try:
import RPi.GPIO as GPIO
except RuntimeError:
print(“引入錯誤”)
針腳編號
在RPi.GPIO中,同時支持樹莓派上的兩種GPIO引腳編號。第一種編號是BOARD編號,這和樹莓派電路板上的物理引腳編號相對應。使用這種編號的好處是,你的硬件將是一直可以使用的,不用擔心樹莓派的版本問題。因此,在電路板升級后,你不需要重寫連接器或代碼。
第二種編號是BCM規則,是更底層的工作方式,它和Broadcom的片上系統中信道編號相對應。在使用一個引腳時,你需要查找信道號和物理引腳編號之間的對應規則。對于不同的樹莓派版本,編寫的腳本文件也可能是無法通用的。
你可以使用下列代碼(強制的)指定一種編號規則:
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# or
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
下面代碼將返回被設置的編號規則
mode = GPIO.getmode()
警告
如果RPi.GRIO檢測到一個引腳已經被設置成了非默認值,那么你將看到一個警告信息。你可以通過下列代碼禁用警告:
GPIO.setwarnings(False)
引腳設置
在使用一個引腳前,你需要設置這些引腳作為輸入還是輸出。配置一個引腳的代碼如下:
# 將引腳設置為輸入模式
GPIO.setup(channel, GPIO.IN)
# 將引腳設置為輸出模式
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT)
# 為輸出的引腳設置默認值
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
釋放
一般來說,程序到達最后都需要釋放資源,這個好習慣可以避免偶然損壞樹莓派。釋放腳本中的使用的引腳:
GPIO.cleanup()
注意,GPIO.cleanup()只會釋放掉腳本中使用的GPIO引腳,并會清除設置的引腳編號規則。
輸出
要想點亮一個LED燈,或者驅動某個設備,都需要給電流和電壓他們,這個步驟也很簡單,設置引腳的輸出狀態就可以了,代碼如下:
GPIO.output(channel, state)
狀態可以設置為0 / GPIO.LOW / False / 1 / GPIO.HIGH / True。如果編碼規則為,GPIO.BOARD,那么channel就是對應引腳的數字。
如果想一次性設置多個引腳,可使用下面的代碼:
chan_list = [11,12]
GPIO.output(chan_list, GPIO.LOW)
GPIO.output(chan_list, (GPIO.HIGH, GPIO.LOW))
你還可以使用Input()函數讀取一個輸出引腳的狀態并將其作為輸出值,例如:
GPIO.output(12, not GPIO.input(12))
讀取
我們也常常需要讀取引腳的輸入狀態,獲取引腳輸入狀態如下代碼:
GPIO.input(channel)
低電平返回0 / GPIO.LOW / False,高電平返回1 / GPIO.HIGH / True。
如果輸入引腳處于懸空狀態,引腳的值將是漂動的。換句話說,讀取到的值是未知的,因為它并沒有被連接到任何的信號上,直到按下一個按鈕或開關。由于干擾的影響,輸入的值可能會反復的變化。
使用如下代碼可以解決問題:
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,上面的讀取代碼只是獲取當前一瞬間的引腳輸入信號。
如果需要實時監控引腳的狀態變化,可以有兩種辦法。最簡單原始的方式是每隔一段時間檢查輸入的信號值,這種方式被稱為輪詢。如果你的程序讀取的時機錯誤,則很可能會丟失輸入信號。輪詢是在循環中執行的,這種方式比較占用處理器資源。另一種響應GPIO輸入的方式是使用中斷(邊緣檢測),這里的邊緣是指信號從高到低的變換(下降沿)或從低到高的變換(上升沿)。
輪詢方式
while GPIO.input(channel) == GPIO.LOW:
time.sleep(0.01) # wait 10 ms to give CPU chance to do other things
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