首先上一張埠圖

 

GPIO（GeneralPurposeI/OPorts）意思為通用輸入/輸出埠，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，使用者可以通過GPIO口和硬體進行資料互動（如UART），控制硬體工作（如LED、蜂鳴器等），讀取硬體的工作狀態訊號（如中斷訊號）等。GPIO口的使用非常廣泛。掌握了GPIO，差不多相當於掌握了操作硬體的能力。

 

圖上可以看到，每一個針腳都有Pin#和NAME欄位。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預設功能。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*則是一些待使用者開發的針腳。每個針腳都可以使用程式進行控制操作。

控制GPIO程式設計

可以用下面的程式碼匯入RPi.GPIO模組。

　　importRPi.GPIOasGPIO

　　引入之後，就可以使用GPIO模組的函數了。如果你想檢查模組是否引入成功，也可以這樣寫：

　　try：

　　importRPi.GPIOasGPIO

　　exceptRuntimeError：

　　print（“引入錯誤”）

針腳編號

　　在RPi.GPIO中，同時支援樹莓派上的兩種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，你的硬體將是一直可以使用的，不用擔心樹莓派的版本問題。因此，在電路板升級後，你不需要重寫聯結器或程式碼。

　　第二種編號是BCM規則，是更底層的工作方式，它和Broadcom的片上系統中通道編號相對應。在使用一個引腳時，你需要查詢通道號和物理引腳編號之間的對應規則。對於不同的樹莓派版本，編寫的指令碼檔案也可能是無法通用的。

　　你可以使用下列程式碼（強制的）指定一種編號規則：

　　GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

　　#or

　　GPIO.setmode（GPIO.BCM）

　　下面程式碼將返回被設定的編號規則

　　mode=GPIO.getmode（）

警告

　　如果RPi.GRIO檢測到一個引腳已經被設定成了非預設值，那麼你將看到一個警告資訊。你可以通過下列程式碼禁用警告：

　　GPIO.setwarnings（False）

　　引腳設定

　　在使用一個引腳前，你需要設定這些引腳作為輸入還是輸出。配置一個引腳的程式碼如下：

　　#將引腳設定為輸入模式

　　GPIO.setup（channel，GPIO.IN）

　　#將引腳設定為輸出模式

　　GPIO.setup（channel，GPIO.OUT）

　　#為輸出的引腳設定預設值

　　GPIO.setup（channel，GPIO.OUT，initial=GPIO.HIGH）

　　釋放

　　一般來說，程式到達最後都需要釋放資源，這個好習慣可以避免偶然損壞樹莓派。釋放指令碼中的使用的引腳：

　　GPIO.cleanup（）

　　注意，GPIO.cleanup（）只會釋放掉指令碼中使用的GPIO引腳，並會清除設定的引腳編號規則。

 

將埠設定為輸出的狀態：

要想點亮一個LED燈，或者驅動某個裝置，都需要給電流和電壓他們，這個步驟也很簡單，設定引腳的輸出狀態就可以了，程式碼如下：

　　GPIO.output（channel，state）

　　狀態可以設定為0/GPIO.LOW/False/1/GPIO.HIGH/True。如果編碼規則為，GPIO.BOARD，那麼channel就是對應引腳的數字。

　　如果想一次性設定多個引腳，可使用下面的程式碼：

　　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（）函式讀取一個輸出引腳的狀態並將其作為輸出值，例如：

　　GPIO.output（12，notGPIO.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程式碼：

　　GPIO.input（channel）

　　低電平返回0/GPIO.LOW/False，高電平返回1/GPIO.HIGH/True。

　　如果輸入引腳處於懸空狀態，引腳的值將是漂動的。換句話說，讀取到的值是未知的，因為它並沒有被連線到任何的訊號上，直到按下一個按鈕或開關。由於干擾的影響，輸入的值可能會反覆的變化。使用如下程式碼可以解決問題：

　　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，上面的讀取程式碼只是獲取當前一瞬間的引腳輸入訊號。

　　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訊號值，這種方式被稱為輪詢。如果你的程式讀取的時機錯誤，則很可能會丟失輸入訊號。輪詢是在迴圈中執行的，這種方式比較佔用處理器資源。另一種響應GPIO輸入的方式是使用中斷（邊緣檢測），這裡的邊緣是指訊號從高到低的變換（下降沿）或從低到高的變換（上升沿）。

　　輪詢方式

　　whileGPIO.input（channel）==GPIO.LOW：

　　time.sleep（0.01）#wait10mstogiveCPUchancetodootherthings

　　邊緣檢測

　　邊緣是指訊號狀態的改變，從低到高（上升沿）或從高到低（下降沿）。通常情況下，我們更關心於輸入狀態的該邊而不是輸入訊號的值。這種狀態的該邊被稱為事件。先介紹兩個函式：

　　wait_for_edge（）函式。wait_for_edge（）被用於阻止程式的繼續執行，直到檢測到一個邊沿。也就是說，上文中等待按鈕按下的例項可以改寫為：channel=GPIO.wait_for_edge（channel，GPIO_RISING，timeout=5000）

　　ifchannelisNone：

　　print（‘Timeoutoccurred’）

　　else：

　　print（‘Edgedetectedonchannel’，channel）

　　add_event_detect（）函式該函式對一個引腳進行監聽，一旦引腳輸入狀態發生了改變，呼叫event_detected（）函式會返回true，如下程式碼：GPIO.add_event_detect（channel，GPIO.RISING）#addrisingedgedetectiononachannel

　　do_something（）

　　//下面的程式碼放在一個執行緒迴圈執行。

　　ifGPIO.event_detected（channel）：

　　print（‘Buttonpressed’）

　　上面的程式碼需要自己新建一個執行緒去迴圈檢測event_detected（）的值，還算是比較麻煩的。

　　不過可採用另一種辦法輕鬆檢測狀態，這種方式是直接傳入一個回撥函式：

　　defmy_callback（channel）：

　　print（‘Thisisaedgeeventcallbackfunction！’）

　　print（‘Edgedetectedonchannel%s’%channel）

　　print（‘Thisisruninadifferentthreadtoyourmainprogram’）

　　GPIO.add_event_detect（channel，GPIO.RISING，callback=my_callback）

　　如果你想設定多個回撥函式，可以這樣：

　　defmy_callback_one（channel）：

　　print（‘Callbackone’）

　　defmy_callback_two（channel）：

　　print（‘Callbacktwo’）

　　GPIO.add_event_detect（channel，GPIO.RISING）

　　GPIO.add_event_callback（channel，my_callback_one）

　　GPIO.add_event_callback（channel，my_callback_two）

　　注意：回撥觸發時，並不會同時執行回撥函式，而是根據設定的順序呼叫它們。

　　綜合例子：點亮LED燈

　　上面說明了一大堆函式庫的用法，那麼現在就應該來個簡單的實驗了。這個實驗很簡單，點亮一個LED燈。

　　編寫程式碼之前，首先你需要將led燈的針腳通過杜邦線連線到樹莓派的引腳上，比如你可以連線到11號引腳。

　　新建一個main.py檔案，寫入如下程式碼：

　　importRPi.GPIOasGPIO//引入函式庫

　　importtime

　　RPi.GPIO.setmode（GPIO.BOARD）//設定引腳編號規則

　　RPi.GPIO.setup（11，RPi.GPIO.OUT）//將11號引腳設定成輸出模式

　　whileTrue

　　GPIO.output（channel，1）//將引腳的狀態設定為高電平，此時LED亮了

　　time.sleep（1）//程式休眠1秒鐘，讓LED亮1秒

　　GPIO.output（channel，0）//將引腳狀態設定為低電平，此時LED滅了

　　time.sleep（1）//程式休眠1秒鐘，讓LED滅1秒

　　GPIO.cleanup（）//程式的最後別忘記清除所有資源

　　儲存，並退出檔案。執行python3main.py，即可觀看效果。Ctrl+C可以關閉程式。

　　此外，不妨也試試其它的函式吧，增強印象。

　　使用PWM

　　這個python函式庫還支援PWM模式的輸出，我們可以利用PWM來製作呼吸燈效果。詳情看程式碼：

　　importtime

　　importRPi.GPIOasGPIO//引入庫

　　GPIO.setmode（GPIO.BOARD）//設定編號方式

　　GPIO.setup（12，GPIO.OUT）//設定12號引腳為輸出模式

　　p=GPIO.PWM（12，50）//將12號引腳初始化為PWM例項，頻率為50Hz

　　p.start（0）//開始脈寬調製，引數範圍為：（0.0《=dc《=100.0）

　　try：

　　while1：

　　fordcinrange（0，101，5）：

　　p.ChangeDutyCycle（dc）//修改佔空比引數範圍為：（0.0《=dc《=100.0）

　　time.sleep（0.1）

　　fordcinrange（100，-1，-5）：

　　p.ChangeDutyCycle（dc）

　　time.sleep（0.1）

　　exceptKeyboardInterrupt：

　　pass

　　p.stop（）//停止輸出PWM波

　　GPIO.cleanup（）//清除

　　結語

　　在文中，主要講解了GPIO的概念，以及如何使用python操作GPIO。但是想要充分了解樹莓派gpio程式設計，還需要自己實際動手操作以及分析總結。

 

以下為測試程式

# -*- coding: utf-8 -*-                     #通過宣告可以在程式中書寫中文
import RPi.GPIO as GPIO                     #引入RPi.GPIO庫函式命名為GPIO
import time                                 #引入計時time函式
# BOARD編號方式，基於插座引腳編號
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)                    #將GPIO程式設計方式設定為BOARD模式
# 輸出模式
GPIO.setup(11, GPIO.OUT)                    #將GPIO引腳11設定為輸出引腳

while True:                                 # 條件為真，下面程式一直迴圈執行     
        GPIO.output(11, GPIO.HIGH)          #將11引腳電壓置高，點亮LED燈
        time.sleep(1)                       #延時1秒
        GPIO.output(11, GPIO.LOW)           #將11引腳電壓置低，熄滅LED燈
        time.sleep(1)