文章目录

目的
基础说明
入门使用
- LED
- PWMLED
- Button
- 更多入门例程
类基础说明
注意事项
总结

目的

树莓派有很多GPIO口可供用户使用，官方同时也提供了一些方式来操作这些IO口，其中目前主要推荐的是基于Python的GPIO Zero库，本文将简单介绍该库的基础使用方法。

基础说明

GPIO Zero库是树莓派官方目前推荐的用于操作树莓派上GPIO口的Python库，该库最早是在RPi.GPIO库之上开发而来的，现在默认情况下也有许多功能是基于RPi.GPIO库实现的，不过用户可以自行设置其它库用在底层。
GPIO Zero库将常用的功能进行封装（LED、Button、Motor……），使一般用户和软件开发者更加容易实现需要用到GPIO口的功能，而不需要像RPi.GPIO库一样去了解GPIO口的输入输出、上下拉电阻等底层硬件相关的参数。
GPIO Zero库官方文档：https://gpiozero.readthedocs.io/en/stable/

可以看到官方文档的基础说明里都是具体的LED、Button、Motor等应用

带图形界面的Raspbian系统默认就安装了GPIO Zero库，Raspbian Lite上可以使下面命令来安装该库：

sudo apt update
sudo apt install python3-gpiozero

其它树莓派上的系统可以使下面命令来安装该库：

sudo pip3 install gpiozero

使用过程中需要的树莓派GPIO口定义可以参考下图：

入门使用

GPIO Zero库中具体实现的功能还是比较多的，这里挑选一部分介绍演示。

LED

控制LED是嵌入式入门实验，GPIO Zero库可以使用LED类来控制LED，首先按下图连接LED：

上图中左侧为实物连接，右侧为原理图，电路中的电阻是用来限制电流大小的。
可以使用下面代码来控制LED亮灭交替闪烁：

from gpiozero import LED # 引入LED类
from time import sleepred = LED(17) # 声明LED对象red，该对象连接至树莓派GPIO17引脚while True: # 使下面程序持续循环运行red.on() # 点亮LEDsleep(1) # 延时1秒red.off() # 熄灭LEDsleep(1) # 延时1秒

或者用下面代码也能实现一样的效果：

from gpiozero import LED # 引入LED类
from signal import pausered = LED(17) # 声明LED对象red，该对象连接至树莓派GPIO17引脚red.blink() # 使LED反复亮灭pause() # 暂停当前脚本的进程#（使脚本不会结束，这样red.blink()就会一直运行，不会因为脚本结束而被释放）

上面是简单的演示，每隔一秒分别开关了LED，同时打印了其状态。

LED类更多说明如下：

class gpiozero.LED(pin, *, active_high=True, initial_value=False, pin_factory=None)
LED构造函数，输入参数如下：
pin: GPIO口编号（填入数字或字符串均可）；
active_high: LED是否在GPIO口电平为High时点亮，默认True表示GPIO口输出高电平时点亮LED；
initial_value: 初始值，默认False表示初始不点亮LED；
pin_factory: 一般不用到，以后会单独进行讲解，下同；
blink(on_time=1, off_time=1, n=None, background=True)
控制LED闪烁，输入参数如下：
on_time: 一次闪烁中LED点亮持续时间，单位秒；
off_time: 一次闪烁中LED熄灭持续时间，单位秒；
n: 闪烁次数，默认None表示LED将持续闪烁；
background: 默认True表示该动作将新开一个线程运行，函数会立即返回。如果设置为False，函数将阻塞在次直到闪烁完成才返回；
off() 熄灭LED；
on() 点亮LED；
toggle() 翻转LED状态；
is_lit 以布尔值方式表示LED是否点亮状态；
pin 以字符串形式表示LED连接的pin编号；
value 以数值形式表示LED是否点亮状态；

PWMLED

上面的LED只是单纯的点亮或熄灭，GPIO Zero库中还可以使用PWM来调节KED亮度，或是实现呼吸灯功能，比如下面代码：

from gpiozero import PWMLED # 引入PWMLED类
from time import sleep
from signal import pauseled = PWMLED(17) # 声明PWMLED对象led，该对象连接至树莓派GPIO17引脚led.value = 1 # 以100%亮度点亮LED（这里用了特别的方式，以后会单独进行讲解）
sleep(2) # 延时2秒
led.value = 0.5 # 以50%亮度点亮LED
sleep(2) # 延时2秒
led.value = 0 # 熄灭LED
sleep(2) # 延时2秒led.pulse() # 使LED以呼吸灯方式闪烁pause()

PWMLED类更多说明如下：

class gpiozero.PWMLED(pin, *, active_high=True, initial_value=0, frequency=100, pin_factory=None)
LED构造函数，输入参数如下：
pin: GPIO口编号（填入数字或字符串均可）；
active_high: LED是否在GPIO口电平为High时点亮，默认True表示GPIO口输出高电平时点亮LED；
initial_value: 初始值，可选0和1之间的值，0表示熄灭，1表示完全点亮；
frequency: PWM频率，默认值100表示100Hz；
blink(on_time=1, off_time=1, fade_in_time=0, fade_out_time=0, n=None, background=True)
控制LED闪烁，输入参数如下：
on_time: 一次闪烁中LED完全点亮持续时间，单位秒；
off_time: 一次闪烁中LED完全熄灭持续时间，单位秒；
fade_in_time: 一次闪烁中LED从熄灭到点亮的过程时间，单位秒；
fade_out_time: 一次闪烁中LED从点亮到熄灭的过程时间，单位秒；
n: 闪烁次数，默认None表示LED将持续闪烁；
background: 默认True表示该动作将新开一个线程运行，函数会立即返回。如果设置为False，函数将阻塞在次直到闪烁完成才返回；
off() 熄灭LED；
on() 点亮LED；
pulse(fade_in_time=1, fade_out_time=1, n=None, background=True)
控制LED闪烁，输入参数如下：
fade_in_time: 一次闪烁中LED从熄灭到点亮的过程时间，单位秒；
**fade_out_time:**一次闪烁中LED从点亮到熄灭的过程时间，单位秒；
n: 闪烁次数，默认None表示LED将持续闪烁；
background: 默认True表示该动作将新开一个线程运行，函数会立即返回。如果设置为False，函数将阻塞在次直到闪烁完成才返回；
toggle() 翻转LED状态至 1 - value ；
is_lit 以布尔值方式表示LED是否点亮状态；
pin 以字符串形式表示LED连接的pin编号；
value 返回当前LED的PWM占空比值；

Button

外接物理按键是一个非常常用的功能，GPIO Zero库中直接封装了一个Button类，这个类的使用非常方便，首先按照下图方式连接设备：

按上图连接电路，等下再在程序里启用GPIO2的内部上拉电阻，这样的话按钮在未被按下时GPIO2上为高电平，当按钮被按下后会变为低电平。
使用下面代码可以简单进行测试：

from gpiozero import Button # 引入Button类button = Button(2) # 声明Button对象button，该对象连接至树莓派GPIO2引脚button.wait_for_press() # 等待按钮被按下
print(button.is_pressed) # 当按钮被按下时触发该行button.wait_for_release() # 等待按钮被松开
print(button.is_pressed) # 当按钮被松开时触发该行

上面是个简单的演示，实际操作中不太会用wait_for_press()和wait_for_release()，更多的会用事件与回调函数形式来处理按钮按下松开时的动作：

from gpiozero import Button # 引入Button类
from signal import pausedef btn_held(): # 回调函数print('held:{} - {}'.format(button.is_pressed, button.is_held))print('{} - {}'.format(button.pressed_time, button.held_time))def btn_pressed(): # 回调函数print('pressed:{} - {}'.format(button.is_pressed, button.is_held))print('{} - {}'.format(button.pressed_time, button.held_time))def btn_released(): # 回调函数print('released:{} - {}'.format(button.is_pressed, button.is_held))print('{} - {}'.format(button.pressed_time, button.held_time))button = Button(2) # 声明Button对象button，该对象连接至树莓派GPIO2引脚button.when_held = btn_held # 注册按钮长按事件回调函数
button.when_pressed = btn_pressed # 注册按钮按下事件回调函数
button.when_released = btn_released # 注册按钮松开事件回调函数pause()

上面演示了基础的回调函数功能，事实上按钮事件的回调函数在触发时还可以传入Button对象，这在多个按钮绑定同一个回调函数的时候挺好用，可以知道具体是哪个按钮触发了该动作：

from gpiozero import Button # 引入Button类
from signal import pausedef btn_callback(btn): # 回调函数print(btn.pin) # 打印触发该函数的Button对象连接的GPIO编号button = Button(2) # 声明Button对象button，该对象连接至树莓派GPIO2引脚button.when_pressed = btn_callback # 注册按钮按下事件回调函数pause()

Button类更多说明如下：

class gpiozero.Button(pin, *, pull_up=True, active_state=None, bounce_time=None, hold_time=1, hold_repeat=False, pin_factory=None)
Button构造函数，输入参数如下：
pin: GPIO口编号（填入数字或字符串均可）；
pull_up: 内部上下拉电阻设置，True启用内部上拉，False启用内部下来，None不启用上下拉；
active_state: 如果为True，则IO外部为高时软件显示该IO口为高，如果为False，则IO外部为高时软件显示该IO口为低。当pull_up不为None时该值将自动设置；
bounce_time: 软件消抖时间，None则为不启用软件消抖；
hold_time: 按下按钮后直到触发when_held的时间，单位秒；
hold_repeat: 如果为True，则只要按钮持续被按下when_held会每隔hold_time时间持续被触发，如果为False，则when_held只会触发一次；
wait_for_press(timeout=None) 等待按钮被按下，timeout为超时时间，单位秒；
wait_for_release(timeout=None) 等待按钮被释放，timeout为超时时间，单位秒；
pressed_time 从按钮被按下开始持续经过的时间；
held_time 从when_held触发开始按钮被持续按下的时间；
is_held 如果该值为True，则说明按钮至少被按下hold_time秒；
is_pressed 如果按钮被按下该值为True，否则为False；
pin 以字符串形式表示LED连接的pin编号；
value 如果按钮被按下该值为1，否则为0；
when_held 当按钮被按下hold_time后触发的回调函数，填写None则禁用该事件；
when_pressed 当按钮被按下时触发的回调函数，填写None则禁用该事件；
when_released 当按钮被松开时触发的回调函数，填写None则禁用该事件；

类基础说明

GPIO Zero库中各个类的关系如下图（点击看大图）：

上图中深蓝色的是实体类、浅蓝色的是抽象类、紫色的是mixin类。越靠近右边的越具体、越接近用户，比如LED、Button等。
从上图可以看到LED和Buzzer都是基于DigitalOutputDevice类的（如果你去看源码的话就会发现LED类几乎就只是DigitalOutputDevice类换了个名称而已），该类用于控制GPIO口数字输出，如果你想单独控制GPIO口用作数字输出就可以直接用该类，参考下面例子：

同样的如果你想单独控制GPIO口用作数字输入就可以使用上图中DigitalInputDevice类。其它情况同理，可以在上图中找到合适的类使用。相关的类说明可以从参考官方文档中以 API - 开头的相关章节中查询：

当然对于Python而言库写的好的话用help方法也很方便：

注意事项

GPIO Zero库中的对象在被释放时受控的GPIO口会恢复到系统启动后的初始状态。除系统自动释放外你也可以使用close()方法手动进行释放。

总结

GPIO Zero库使用起来还是比较简单的，特别适合没有硬件基础的用户使用，更多内容可以参考下面链接：
https://github.com/gpiozero/gpiozero

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