[RPi]树莓派GPIO入门之控制LED灯

本文部分资料及图片来自网络

一、所需材料

树莓派4B、LED灯、面包板、杜邦线、电阻、Python程序

二、认识硬件材料

这里介绍下LED灯、面包板、杜邦线、电阻

LED灯：LED灯引脚长的一端为正极,短的一端为负极。也可以仔细观察灯珠内部的电极,较小的是正极,大的一端的是负极。

面包板：方便插线，不用手动接线，其特点是中间的插孔竖向是相通的，边缘的插孔横向是相通的。

杜邦线：杜邦线可实现插针式的连接，不用焊接，方便实验连通电路。杜邦线是分公母头的，本实验使用两根公-母杜邦线，用于连接树莓派的正负极

电阻：电阻没啥介绍的，就是增加阻值，防止电源直接接到LED灯给烧了。但这里要说下电阻的识别方法，没错，电阻是可以通过上面画的线条来识别是多大电阻的，如下图所示。

电阻大小=第一段第二段第三段*乘数

注意：第一段第二段第三段，是放在一起组成一个三位数然后和乘数相乘

三、认识树莓派的GPIO

本次实验使用的树莓派为4B，因此这里只介绍4B的GPIO引脚结构，其他版本和4B的引脚定义略有不同，请自行查阅。

说到GPIO，首先了解下什么是GPIO，GPIO英语为General-purpose Input/Output，是通用型输入输出的简称。GPIO的输入输出是可以用过读取寄存器来确定引脚高低点位的，那么解释下什么是输入输出，输出就是控制引脚为高电平或低电平，为我们连接的设备进行供电或不供电，比如连接LED灯，可以设置引脚为高电平为其供电，灯就亮了；输入就是获取引脚的高低电平，判断传感器是否检测到，比如红外人体感应器，当感性到人体后会输出高电平，我们读到高电平则表示有人体。当然还有一些其他引脚，比如作为串口的TX，RX等。

4B的GPIO是40针脚的，引脚定义如下图所示。

树莓派的GPIO在实际使用中，会看到3中命名方案，wiringPi、BOARD和BCM三种方式，使用时选择其中一种即可，只要将针脚对应正确即可生效。其中wiringPi主要是用于C语言中wiringPi模块的编码，BOARD是树莓派板子上的物理引脚的编码，BCM就是BCM自己的编码规则。注意在Python中不支持wiringPi的编码规则，只能使用BOARD和BCM编码方式。

四、直接点亮LED

没看错，这一步是点亮LED，但这里所说的直接点亮是直接给LED供电让其亮起来，因此连接的电路很简单，将GPIO的3.3V引脚使用公母杜邦线连接到面包板，在面包板相通的一个孔插入电阻一端，电阻另一端查到面包板的另一竖列的孔中，然后在该数列的其他孔位插入LED灯的正极，负极插入傍边的空位，然后在该竖列的其他孔位使用公母杜邦线连接负极，LED灯即可点亮。

接线说明

树莓派GPIO3.3v引脚→电阻→LED灯→负极(0v或GND)

成功点亮

五、了解Python操控GPIO

Python要控制GPIO需要使用RPI.GPIO模块，如果安装的是树莓派官方完整的img系统，是自带RPI.GPIO模块的。要想验证是否已安装RPI.GPIO模块，可进入python交互界面，导入该模块，如果不报错即为已安装。

那么在进Python交互界面之前，是可以通过命令查看树莓派输出定义的，在终端使用“pinout”命令可查看当先树莓派的硬件结构，如下图所示。

当然这个不是重点，只是为了方便大家在忘记GPIO对应时可以用该命令查看，这里的中间两列就是BOARD编码，两边的就是BCM编码。

下面言归正传，使用Python控制GPIO，在终端输入“python3”进入Python交互界面(这里不介绍Python如何安装了，如果是树莓派官方系统是自带Python2和Python3的，如果没有安装请自行寻找Python的安装方法)，然后输入“import RPI.GPIO as GPIO”，回车后如果没有报错，则表示RPI.GPIO是已安装的，如果报错，则可能是没有安装RPI.GPIO或RPI.GPIO无法正常工作，这是需要重新安装RPI.GPIO模块，命令如下

# 安装rpi.gpio，我这里使用的是python3，Python2的去掉pip后的3即可# sudo pip3 install rpi.gpio# 卸载rpi.gpio，这里提卸载是为了RPI.GPIO无法正常工作时，先卸载再安装# sudo pip3 uninstall rpi.gpio

使用Python控制GPIO的几个主要操作：

导入RPi.GPIO模块 import RPi.GPIO as GPIO
设置引脚编码模式 GPIO.setmode(GPIO.BOARD)/GPIO.setmode(GPIO.BCM)
设置引脚的操作模式(即输出还是输入) GPIO.setup(2, GPIO.OUT)/GPIO.setup(2, GPIO.IN)
设置引脚的高低电平 GPIO.output(2, GPIO.HIGH)/GPIO.output(2, GPIO.LOW)

六、使用Python控制LED灯

现在要是用Python控制LED灯的话，要将引脚的连接位置改动下才能使用，硬件连接要按以下方式连接

树莓派GPIO引脚→电阻→LED灯→负极(0v或GND)

连接好后，可以直接打开终端程序，按以下命令一行行输入，即可看到效果

$python3
>>> import RPi.GPIO as GPIO
>>> GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # 设置编码模式
>>> GPIO.setup(3,GPIO.OUT) # 将通道（即引脚）3设置为输出模式，此时LED灯为熄灭状态
>>> GPIO.output(3,GPIO.HIGH) # 将通道3操作为高电平，此时LED灯为点亮状态
>>> GPIO.output(3,GPIO.LOW) # 将通道3操作为低电平，此时LED灯为熄灭状态
>>> GPIO.cleanup() # 重置所有通道的模式，传入通道的话，只重置输入的通道

七、控制LED灯闪烁

之前只是简单的将灯点亮，如果我们要想让灯闪烁怎么做呢，可以通过高低电平来控制，当然肯定不能在交互界面实现了，手动输入太慢了，我们要建立一个led.py文件，在文件中实现控制LED灯的闪烁，文件内容如下：

# coding:utf-8
import RPi.GPIO as GPIO GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(10, GPIO.OUT) # 这里使用的是10引脚，请根据自己使用的引脚编号修改
n = 0 # 用于控制闪烁次数
while n < 30: GPIO.output(10, GPIO.HIGH) GPIO.output(10, GPIO.LOW) n += 1
print('end')

在终端使用下面命令可以执行该文件

>>>python3 led.py

也许你会发现，当文件执行完后，灯不仅没亮，还报了个警告，如下图

没事不要着急，这个警告是因为咱们控制通道的频率太高了，该通道响应不过来了，因此，我们需要在每次操作高低电平的语句后面加上延时，这个需要导入time模块，这个是Python自带的，下面将上面led.py文件代码进行下修改

# coding:utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(10, GPIO.OUT) # 这里使用的是10引脚，请根据自己使用的引脚编号修改
n = 0 # 用于控制闪烁次数
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')

这是再执行文件，发现灯可以闪烁了，其实我们目的就已经达到了，但是同时发现那个警告还是存在的，有强迫症的人看到这个警告就会不爽了，总以为是报错。其实仔细读下那个警告，就会发现，其实警告中已经提示我们如何关闭它了，就是用GPIO.setwarnings(False)来禁止其输出，下面在修改下led.py的代码，如下

# coding:utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setup(10, GPIO.OUT) # 这里使用的是10引脚，请根据自己使用的引脚编号修改
n = 0 # 用于控制闪烁次数
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')

这时我们在运行，发现警告已经没有了，灯也开始闪烁了。