GPIO (General Purpose Input/Output) ist ein Satz von Pins auf einem Raspberry Pi-Einplatinencomputer, die programmgesteuert als Eingabe oder Ausgabe konfiguriert werden können. Mit GPIO können Sie mit externen Geräten wie LEDs, Tasten, Sensoren, Motoren und mehr interagieren.
In diesem vollständigen Handbuch werden wir alles untersuchen, was Sie über die Arbeit mit GPIO auf einem Raspberry Pi wissen müssen. Beginnen wir damit, Pins einzurichten, externe Geräte anzuschließen und mit der Programmiersprache Python und der RPi-Bibliothek zu verwalten.GPIO. Sie erfahren auch, wie Sie Pin-Zustände lesen und aufzeichnen, die Spannung verwalten, Interrupts verwenden und andere nützliche Operationen durchführen.
Am Ende dieses Handbuchs werden Sie sich Ihrer Fähigkeiten mit GPIO auf dem Raspberry Pi sicher sein und in der Lage sein, Ihre eigenen Projekte mit externen Geräten zu erstellen. Unabhängig davon, ob Sie ein Anfänger oder ein erfahrener Entwickler sind, wird dieser Artikel eine nützliche Ressource für Sie sein.
Grundlagen der GPIO-Konfiguration
GPIO (General Purpose Input/Output) auf einem Raspberry Pi ist ein Satz von Pins, mit denen Sie externe Geräte anschließen und verwalten können.
Bevor Sie GPIO verwenden, müssen Sie diese konfigurieren. Um dies zu tun, müssen Sie den Raspberry Pi an die Stromversorgung anschließen und das Raspbian-Betriebssystem booten.
Wenn gpio nicht konfiguriert ist, führen Sie die folgenden Schritte aus:
- Laden Sie das Wiringpi-Dienstprogramm von der offiziellen Raspberry Pi-Website herunter und installieren Sie es.
- Öffnen Sie ein Terminal und geben Sie den Befehl ein gpio -v um die Version zu überprüfen.
- Wenn das Dienstprogramm erfolgreich installiert wurde, werden Gpio-Informationen angezeigt.
GPIO ist jetzt konfiguriert und einsatzbereit. Sie können verschiedene Geräte anschließen und über GPIO auf dem Raspberry Pi steuern.
Raspberry Pi installieren und anschließen
Bevor Sie mit dem Raspberry Pi beginnen, müssen Sie die folgenden Schritte ausführen:
- Laden Sie das Raspbian-Betriebssystem von der offiziellen Raspberry Pi-Website herunter.
- Erstellen Sie mit Etcher eine bootfähige microSD-Karte.
- Schließen Sie die erforderlichen Peripheriegeräte wie Tastatur, Maus und Monitor an.
- Legen Sie eine bootfähige microSD-Karte in den Raspberry Pi-Steckplatz ein.
- Schließen Sie den Raspberry Pi mit einem Micro-USB-Kabel an eine Stromquelle an.
- Warten Sie, bis der Raspberry Pi startet.
Nachdem Sie diese Schritte ausgeführt haben, ist der Raspberry Pi einsatzbereit.
Einführung in GPIO und seine Funktionen
Mit GPIO können Sie LEDs, Tasten, Temperatursensoren, Motoren und andere Geräte an den Raspberry Pi anschließen. Sie können diese Geräte steuern, indem Sie Signale an die entsprechenden GPIO-Pins senden oder Daten von diesen auslesen.
Der GPIO auf dem Raspberry Pi hat viele verschiedene Funktionen. Sie können verschiedene Betriebsmodi für GPIO-Pins verwenden, z. B. Eingang, Ausgang oder analoger Eingang. Sie können auch interne Hosenträger oder Hosenträger an den Boden anpassen, um die Stabilität der Signale zu gewährleisten.
Der GPIO unterstützt auch verschiedene Signalbetriebsmodi wie das normale oder PWM-Signal (PWM), mit dem Sie die Helligkeit der LEDs oder die Drehzahl der Motoren steuern können. Sie können auch Signalunterbrechungen verwenden, um die Eingabedaten schnell zu verarbeiten.
Die Verwendung von GPIO auf einem Raspberry Pi ist der Schlüssel zum Erstellen verschiedener Projekte wie Smart Home, Robotik und das Internet der Dinge. Dies eröffnet viele Möglichkeiten für Experimentieren, Kreativität und Lernen in den Bereichen Elektronik und Programmierung.
In den folgenden Abschnitten erfahren Sie, wie Sie GPIO auf einem Raspberry Pi einrichten und verwenden sowie wie Sie verschiedene Geräte anschließen und verschiedene Aktionen mit GPIO ausführen können.
Arbeiten mit GPIO in Python
Sie können die RPi-Bibliothek verwenden, um mit GPIO in Python zu arbeiten.GPIO. Sie müssen es zuerst auf dem Raspberry Pi installieren:
sudo apt-get updatesudo apt-get install rpi.gpioNachdem Sie die Bibliothek installiert haben, müssen Sie sie in Ihr Programm importieren:
import RPi.GPIO as GPIOSie müssen dann die GPIO-PIN für den Ein- oder Ausgang mit der GPIO-Funktion konfigurieren.setup() :
pin_number = 17GPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(pin_number, GPIO.OUT)Jetzt können Sie den Pin mit den GPIO-Funktionen steuern.output() und GPIO.input() :
# Включить пинGPIO.output(pin_number, GPIO.HIGH)# Выключить пинGPIO.output(pin_number, GPIO.LOW)# Считать состояние пинаstate = GPIO.input(pin_number)Sie können auch Interrupts auf dem GPIO-Pin mit den GPIO-Funktionen konfigurieren.add_event_detect() und GPIO.add_event_callback() :
def my_callback(channel):print("Interrupt detected on channel", channel)GPIO.add_event_detect(pin_number, GPIO.RISING, callback=my_callback)# . ваш код . # Отключить прерыванияGPIO.remove_event_detect(pin_number)Vergessen Sie nicht, dass Sie GPIO-Ressourcen nach Beendigung der Verwendung freigeben müssen:
GPIO.cleanup()Auf diese Weise können Sie mit Python problemlos mit GPIO auf einem Raspberry Pi arbeiten.
| Funktion | Die Beschreibung |
|---|---|
| GPIO.setup() | Einrichten eines Eingangs- oder Ausgangspins |
| GPIO.output() | Verwalten des Pin-Status |
| GPIO.input() | Lesen des Pin-Status |
| GPIO.add_event_detect() | Konfigurieren von Pin-Interrupts |
| GPIO.add_event_callback() | Festlegen der Rückruffunktion für Interrupts |
| GPIO.remove_event_detect() | Deaktivieren von Pin-Interrupts |
| GPIO.cleanup() | Freigeben von GPIO-Ressourcen |
Installieren der benötigten Bibliotheken
1. Installieren Sie die RPi-Bibliothek.GPIO
RPi.GPIO ist eine Bibliothek, die den Zugriff auf die GPIO-Schnittstelle auf dem Raspberry Pi ermöglicht. Um diese Bibliothek zu installieren, geben Sie den folgenden Befehl im Raspberry Pi-Terminal ein:
sudo apt-get install python-rpi.gpio
Nach der Installation können Sie das RPi-Modul importieren.GPIO in Ihren Python-Skripten und starten Sie GPIO auf einem Raspberry Pi.
2. Installieren der wiringPi-Bibliothek
wiringPi ist eine weitere Bibliothek, die den Zugriff auf die GPIO-Schnittstelle auf dem Raspberry Pi ermöglicht. Um diese Bibliothek zu installieren, geben Sie die folgenden Befehle im Raspberry Pi-Terminal ein:
git clone git://git.drogon.net/wiringPi cd wiringPi ./build
Nachdem die Bibliothek erfolgreich installiert wurde, können Sie die wiringPi-Funktionen in Ihren C- oder C++ - Softwareprojekten verwenden.
Die Installation dieser Bibliotheken ist ein wichtiger Schritt, um GPIO auf einem Raspberry Pi einzurichten und zu verwenden. Nach der Installation sind Sie bereit, mit der GPIO-Schnittstelle zu beginnen und erstaunliche Projekte zu erstellen.
GPIO-Programmierbeispiele
In diesem Abschnitt werden wir einige Beispiele für die GPIO-Programmierung auf einem Raspberry Pi betrachten. Sie benötigen eine RPi-Bibliothek.GPIO, das mit dem Befehl installiert werden kann:
sudo apt-get install python-rpi.gpioNachdem Sie die Bibliothek installiert haben, können Sie mit der GPIO-Programmierung beginnen.
Beispiel 1: LED-Steuerung
Um zu beginnen, lassen Sie uns die LED an den GPIO-Pin anschließen. Verbinden Sie den langen LED-Fuß (Anode) mit Pin 11 und den kurzen LED-Fuß (Kathode) mit dem GND (Masse).
Schreiben wir nun ein Programm, das jede Sekunde mit einer LED blinkt:
import RPi.GPIO as GPIOimport timeGPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(11, GPIO.OUT)while True:GPIO.output(11, GPIO.HIGH)time.sleep(1)GPIO.output(11, GPIO.LOW)time.sleep(1)Dieses Programm wird Pin 11 für eine Sekunde auf HIGH (ein) und dann für eine Sekunde auf LOW (aus) einstellen und so weiter.
Beispiel 2: Auslesen von einer Taste
Betrachten wir nun ein Beispiel für das Lesen von einer Schaltfläche. Schließen Sie die Taste an den GPIO-Pin und den GND an.
import RPi.GPIO as GPIOGPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(12, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)while True:if GPIO.input(12) == GPIO.LOW:print('Кнопка нажата')Beispiel 3: Servosteuerung
Schließlich betrachten wir ein Beispiel für die Servosteuerung. Verbinden Sie das Servo mit dem GPIO-Pin.
Hier ist ein Beispielprogramm, das das Servo jede Sekunde um einen bestimmten Winkel dreht:
import RPi.GPIO as GPIOimport timeGPIO.setmode(GPIO.BOARD)GPIO.setup(13, GPIO.OUT)pwm = GPIO.PWM(13, 50)pwm.start(0)while True:pwm.ChangeDutyCycle(7.5)time.sleep(1)pwm.ChangeDutyCycle(12.5)time.sleep(1)pwm.ChangeDutyCycle(2.5)time.sleep(1)Dieses Programm wird das Servo jede Sekunde um 0°, 90° und 180° drehen.
Dies waren nur einige Beispiele für die GPIO-Programmierung auf dem Raspberry Pi. Mit der RPi-Bibliothek.GPIO Sie können komplexere Projekte erstellen, verschiedene Geräte steuern und Daten von verschiedenen Sensoren lesen.
Interaktion mit elektronischen Komponenten
Bevor Sie mit GPIO beginnen, müssen Sie die erforderlichen Bibliotheken und Treiber installieren. Dazu können Sie das Dienstprogramm apt-get verwenden:
$ sudo apt-get install python-rpi.gpio
Nachdem Sie die Bibliothek installiert haben, können Sie mit dem Anschließen der elektronischen Komponenten beginnen. Sie können verschiedene Anschlüsse und Erweiterungskarten wie das Raspberry Pi GPIO Extension Board verwenden, um diesen Prozess zu vereinfachen.
| GPIO-Pin | Eingabefunktion (input) | |
|---|---|---|
| GPIO2 | SDA1, I2C | SDA1, I2C |
| GPIO3 | SCL1, I2C | SCL1, I2C |
| GPIO4 | GPCLK0, CLK, System-Timer | GPCLK0, CLK, System-Timer |
| GPIO17 | ||
| GPIO27 |
Beim Anschließen elektronischer Komponenten müssen alle erforderlichen Verbindungsinformationen wie Komponententyp, Versorgungsspannung, Widerstand und andere Eigenschaften berücksichtigt werden. Es ist auch notwendig, zusätzliche Elemente wie Widerstände und Kondensatoren zu verwenden, um den Raspberry Pi vor möglichen Beschädigungen zu schützen.
Die Interaktion mit elektronischen Komponenten mit GPIO auf dem Raspberry Pi bietet umfangreiche Möglichkeiten, um eine Vielzahl von elektronischen Geräten und Projekten zu erstellen. Dank der Flexibilität und Leistung des Raspberry Pi werden die Möglichkeiten zur Kommunikation mit der Elektronik für eine breite Palette von Entwicklern und Enthusiasten zugänglicher und bequemer.
LED-Anschluss
Um die LED an den GPIO eines Raspberry Pi anzuschließen, benötigen Sie Folgendes Material:
- LED (jede Farbe)
- Widerstand (normalerweise 220 Ohm)
- Kabel für den Anschluss
Schritte zum Verbinden der LED mit dem GPIO:
- Verbinden Sie einen LED-Fuß mit einem beliebigen GPIO-Fuß des Raspberry Pi. Dieser Fuß wird verwendet, um die LED zu steuern.
- Verbinden Sie den anderen LED-Fuß über einen Widerstand mit dem GND-Erdungsfuß des Raspberry Pi. Ein Widerstand wird verwendet, um den Strom zu begrenzen, der durch die LED fließt.
- Verbinden Sie eine Seite des Widerstands mit dem GND und die andere mit der LED.
- Verbinden Sie den zweiten Fuß der LED mit dem GPIO, mit dem Sie die LED steuern möchten.
Jetzt, da die LED angeschlossen ist, können Sie mit der Software beginnen, sie zu steuern. Zum Beispiel können Sie die Programmiersprache Python und die RPi-Bibliothek verwenden.GPIO zur Steuerung von GPIO auf einem Raspberry Pi.
