如何利用树莓派多线程实现LED灯阵频闪

众所周知，“线程”指的是一组可以在程序中独立执行的计算机指令集合，引入“多线程”运行机制的根本目的是为了更好利用CPU资源。如果程序在运行过程中只有一个线程的话（单线程方式），那么下一个任务必须要等到上一个任务结束后才能进行，这是一种低效的“串行”流程；如果使用多线程，就可以在主线程执行任务的同时来“并行”执行其他的任务，不需要等待时间，从而极大提高了程序的运行效率。

【实验目的】

在树莓派中通过古德微机器人平台编程，实现多线程控制LED灯阵彼此独立地运行，各个LED灯的闪亮频率均不同（“频闪”效果），验证计算机编程中多线程运行机制的高效性。

【实验器材及连接】

树莓派一块，古德微扩展板一块，红、绿、黄、蓝色LED灯各一支。

首先将古德微扩展板正确插入树莓派中，注意要四周均匀小心用力，然后将四支LED灯分别插入到扩展板的5号、6号、12号和16号插孔，注意LED灯的长脚为正极、短脚为负极，必须正确插入插孔上标注有“+”、“-”标记的对应处，最后将树莓派电源线连接好，通电启动系统（如图1所示）。

图1

【平台编程与程序运行调试】

1.登录古德微机器人平台

使用浏览器访问http://www.gdwrobot.cn，点击右上角的“登录”并输入自己的账号和密码，然后点击“设备控制”进入“积木”编程界面，再点击“连接设备”按钮出现五个连续的绿色对勾提示，表示连接成功（如图2所示）。

图2

2.进行“积木”编程

“积木”编程非常简单，我们只需将对应的命令语句块从左侧“积木”区域拖至中央空白编程区进行组合即可。程序包括主程序和四个函数共两大部分，主程序是顺序执行的四个子线程调用语句块，操作方法是从左侧的“线程”处将“添加子线程，线程函数名为‘xxx’”拖入编程区，注意其中的线程函数名必须是英文名称。每个子线程就对应主程序待调用的一个函数，而每一个函数都是控制所对应的LED灯亮灭交替，通过设置不同的等待时间来实现不同的闪烁频率，以第一个LED5函数为例：

首先调用“控制5号小灯亮”命令语句，然后通过“等待0.1秒”命令语句让其保持通电的发光状态持续0.1秒；接着“控制5号小灯灭”，第二条“等待0.1秒”命令语句的作用是保持该LED的熄灭状态持续0.1秒。四个命令语句循环执行，最终实现的效果就是控制插在古德微扩展5号插孔的红色LED灯先亮0.1秒、再灭0.1秒，然后再亮0.1秒、灭0.1秒……即控制该LED灯以5Hz的频率（周期是两个0.1秒相加）进行“频闪”。其它三支LED灯的控制函数分别对应LED6、LED12和LED16，语句基本一致，惟一不同的是等待的时间分别设置为0.2秒、0.5秒和1秒（可自行设置，目的是进行对比观察），即分别实现2.5Hz、1Hz和0.5Hz频率亮、灭的“频闪”效果（如图3所示）。

图3

3.程序的运行调试

程序编写完毕之后，点击“保存”按钮，将程序保存为“四支小灯多线程”，接着点击右上角的“运行”按钮进行程序的调试。此时，主程序就会“同时”调用四个函数进行多线程运行，每个子线程函数都会“自私”地按照自己的指令来控制LED灯闪烁，互不干扰，我们就会看到四支不同颜色的LED灯各自以各自的频率闪烁起来（如图4所示），这就是古德微树莓派多线程实现LED灯阵的“频闪”效果。

图4
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