透過RPi.GPIO Python庫使用Raspberry Pi GPIO引腳

Deviceplus 編輯團隊

Published by Deviceplus 編輯團隊 at 2022.06.15

為什麼不直接使用GPIO Zero？

GPIO Zero並不是作為RPi.GPIO的替代品而創建的。它其實構建在RPi.GPIO之上，旨在幫助初學者能夠盡可能輕鬆地使用RPi.GPIO。

透過直接使用RPi.GPIO，您可以更好地瞭解內部的運行操作，並且為之後的專案開發出更精細的控制功能。

透過GPIO Zero的API您可以對上拉和下拉電阻、高態動作和低態動作引腳等進行修改。但是如果您過於頻繁的使用它，那麼就失去GPIO在簡易性方面的優勢了。

使用RPi.GPIO的另一個原因是駭客和製造商們分享了許多使用了RPi.GPIO的很棒的項目。一旦您掌握了這個模組，就意味著這個領域的大門將會向您敞開！

也許有一天您會想使用諸如C或C++這樣的語言。這些語言更高級一些，但是會提供更多的控制功能以及使硬體的使用更加高效的功能。使用RPi.GPIO無法讓您直接實現這個目的，但是它可以説明您朝這個方向邁進。

目前不用擔心會消耗過多CPU週期。每個Raspberry Pi的處理能力都遠遠超過本項目所需。鏡像：Raspberry Pi。

導入RPi.GPIO庫

導入RPi.GPIO模組的語法是：

import RPi.GPIO as GPIO

官方文檔和大多數已發佈的專案都遵循該語法。如果您也使用該語句，可以直接借用他們的代碼。

RPi.GPIO 可讓您選擇引腳編號模式

有兩種對引腳進行編號的方法。您可以透過它們在GPIO接頭中的放置位置來描述這些引腳，這種方法稱為“板編號”。

您也可以透過它們連接到Raspberry Pi核心中Broadcom晶片的順序來對其進行描述。如果您覺得GPIO引腳編號與其在接頭中的位置無關，可以使用該方法。

您可以使用RPi.GPIO’s setmode函數來對這兩種編號系統進行選擇：

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

如果在設置模式之前就分配引腳，那麼Python會返回錯誤資訊。

我個人更喜歡Broadcom編號模式。因為在這種模式下，哪些引腳是GPIO、接地或電源會更清晰。我還使用了GPIO擴展板來構建麵包板原型，並且在該板上根據GPIO編號對每個引腳進行標記。

有人可能覺得板編號模式更容易一些。如果該模式適用於您的專案，那也很好！您可以自行選擇。

在本文的剩餘部分，我們將會使用Broadcom編號模式。

如果您使用過解譯器，並且忘記了設置的是哪種模式，請使用以下指令：

GPIO.getmode()

設置及使用引腳

設置編號模式後，使用setup函數來將引腳分配為輸入或輸出引腳：

GPIO.setup(11, GPIO.OUT)
GPIO.setup(12, GPIO.IN)

對於輸入引腳，您通常需要設置一個上拉或下拉電阻來防止浮動。您可以用以下方式來設置這些電阻：

GPIO.setup(12, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
GPIO.setup(12, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

要讀取輸入引腳的當前狀態，請使用：

GPIO.input(12)

您可以使用output函數來將輸出引腳設置為高電平或低電平，如下所示：

GPIO.output(11, True)
GPIO.output(11, False)

為引腳命名

如果您將引腳編號分配給描述性命名的變數，您的代碼將更具可讀性，如下所示：

redLED = 11
button = 12
GPIO.setup(redLED, GPIO.OUT)
GPIO.setup(button, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.output(redLED, True)
GPIO.input(button)

用這種代碼可以更清楚地顯示所執行的操作，不是嗎？

您可能覺得即使不使用這些實用標籤，項目也會進行得很容易，但是最好養成這種習慣。當您需要構建更複雜的項目時，以及暫時中止正在進行的項目時，或者其他人查看您的代碼的時候，這個習慣會給您帶來很大的便利。

完成後清除

如果您保留了對這些引腳的分配設置，很容易造成意外短路從而燒壞電路板。

當腳本運行結束或者您退出解譯器時，GPIO Zero會自動進行重置。在RPi.GPIO中，我們使用以下函數：

GPIO.cleanup()

該清除函數只會對您在RPi.GPIO中分配的引腳進行重置，所以如果有另一個進程正在使用其他引腳，則不會受到干擾。
您也可以重置特定的引腳，將這些引腳作為一個參數傳遞到函數中：

GPIO.cleanup(redLED)
GPIO.cleanup([redLED, button])

使用以上設置創建一個簡單的LED序列

對於本專案，您將需要：

一個帶電源的Raspberry Pi 以及一個安裝了Raspbian的SD卡
一個麵包板
一個GPIO擴展板
一個綠色LED, 一個紅色LED, 以及一個黃色LED

您還需要一個可以讓您輸入指令的設備，例如SSH連接或者USB鍵盤和滑鼠，幾根跨接電纜以及三個阻值在220Ω~1000Ω之間的電阻。

連接我們的紅色LED

首先，將GPIO擴展板連接到您的Raspberry Pi GPIO接頭和麵包板（如果尚未連接的話）。然後使用跨接電纜將接地引腳連接到面板板底部的負電源軌。

現在連接LED。D代表的是二極體，也就是說電流只能沿一個方向透過LED。
您可以識別出應該如何連接LED，因為LED的一個引腳比另一個稍長。較長的引腳是陽極，連接到正極，較短的是陰極，連接到負極。
在這個電路中，我們將把較長的引腳—陽極—連接到GPIO引腳，把較短的引腳—陰極—連接到負電源軌。
首先將紅色LED放在您的麵包板上，距離擴展板不遠。水準放置LED引腳，使陽極更靠近擴展板。然後將GPIO引腳（我使用的是引腳13）連接到陽極。

現在使用一個電阻來將陰極連接到負電源軌。使用電阻很重要，否則LED將會使用過大的電流從而燒壞您的Raspberry Pi。

測試紅色LED

首先啟動Python解譯器，輸入：
python3

讓我們載入RPi.GPIO，並設置引腳編號模式，請記得Python對大小寫很敏感。
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

還記得之前為引腳編號提供實用名稱的建議嗎？在這裡我們也這樣做。
redLED = 13

現在，將該引腳分配為輸出引腳，輸入以下指令：
GPIO.setup(redLED, GPIO.OUT)

如果一切連接正確，您將能夠使用以下指令來打開和關閉LED：
GPIO.output(redLED, True)
GPIO.output(redLED, False)

如果沒有正常工作，請檢查LED的連接方向是否正確，以及所有連接是否正確。也許是因為電阻線接觸不良造成電路沒有接通。

連接並測試黃色和綠色LED

在紅色LED的右側放置黃色LED。以及，再次將引腳水準放置，並使陽極更靠近擴展板。

然後將跨接電纜從GPIO引腳（我使用的是引腳16）連接到黃色LED的陽極。像之前所做的那樣，使用電阻將陰極連接到負軌。

現在為該引腳命名，將其分配為輸出引腳，並且測試是否可以打開和關閉LED：
yellowLED = 16
GPIO.setup(yellowLED, GPIO.OUT)
GPIO.output(yellowLED, True)
GPIO.output(yellowLED, False)

一切正常嗎？如果不是的話，請檢查LED的方向是否正確，以及所有的連接是否正確。
接下來是綠色LED。

將它並排放置在麵包板上，引腳以一定的間隔水準放置，陽極靠近擴展板。使用跨接線將陽極連接到GPIO引腳（我使用的是引腳21），然後使用一個電阻將陰極連接到負軌，接著輸入一些Python代碼：
greenLED = 21
GPIO.setup(greenLED, GPIO.OUT)
GPIO.output(greenLED, True)
GPIO.output(greenLED, False)

就是這樣！