使用树莓派GPIO口点亮双色LED灯

CHANBAEK 2023-07-04 2299

描述

上一篇文章向大家介绍树莓派的硬件部分、安装操作系统及基础设置。这篇文章将介绍树莓派的强大的开发功能口——GPIO，以及利用GPIO口点亮双色LED灯（树莓派的第一个基本实验）。具有一定的参考价值，需要的朋友可以参考一下。

一、从了解GPIO开始

GPIO全称：通用型输入输出端口（General-purpose input/output），其引脚能够供使用者自由的进行使用，可以对其进行输入，也可以读取其数据进行数据输出，这些引脚的输入或输出都会关联到某个寄存器，寄存器的值控制引脚的电平高低。

树莓派引脚分类

电源引脚:5v，3.3v，GND(Ground)。
常规GPIO控制引脚:可以通过编写程序控制这些引脚的高低电平。
特殊GPIO通讯引脚: SPI通讯，12C通讯，TxD/RxD串口通讯。
树莓派引脚编码
功能物理引脚：这种编码方式是按照树莓派主板上引脚排针编号。分别对应1~40号排针。从左到右，从上到下：左边奇数，右边偶数。
BCM：这种方式是参考 Broadcom SOC的通道编号侧重CPU寄存器。使用Python控制树莓派引脚时，使用的是WiringPi编码。
WiringPi编码:WiringPi编码，把扩展GPIO端口从0开始编码。使用 C语言控制树莓派引脚时，使用的是WiringPi编码。

窗口查看引脚编号
1、在终端输入指令：
```
pinout
```

led灯

2、使用树莓派输入gpio readall命令查看pin状态

输入以下命令安装Git：

sudo apt install git-core

输入以下命令，将 WiringPi 文件下载到树莓派系统的当前目录。

sudo git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi

耐心等待其安装完成。下载完成后，我们可以在当前目录下看到一个WiringPi文件夹。如下所示。

led灯

输入以下命令进入 WiringPi 文件夹目录。

cd WiringPi/

输入以下命令安装 WiringPi。

sudo ./build

led灯

耐心等待它的安装完成。当我们看到下面的界面没有任何错误时，就意味着安装完成了。
输入以下命令查看gpio的版本。

gpio -v

led灯

最后，我们可以查看树莓派各个管脚的状态，输入指令：

gpio readall

led灯

使用RPi.GPIO模块

RPi.GPIO是Python的一个模块，树莓派默认已经安装了该模块。本节详细介绍如何使用Python的RPi.GPIO模块控制GPIO。

1、导入RPi.GPIO模块

import RPi.GPIO as GPIO

2、设置指定模式（强制）管脚编号

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)  #物理引脚编码
GPIO.setmode(GPIO.BCM)    #BCM编码

3、设置禁用警告

如果GRIO检测到一个引脚已经被设置成了非默认值，可以使用setwarnings()关闭警告信息。

GPIO.setwarnings(False)

4、设置引脚输入和输出

要将通道配置为输入：

GPIO.setup(channel, GPIO.IN)

要将通道设置为输出，请调用：

GPIO.setup(channel, GPIO.OUT)

为输出通道指定一个初始值：

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

将通道设置为输出时，同时设置多个通道：

channels = [18, 12, 13]
GPIO.setup(channels, GPIO.OUT)

要读取通道的值：

GPIO.input(channel)  #返回 GPIO.LOW 或 GPIO.HIGH。

要设置配置为输出的引脚的值：

GPIO.output(channel, state)

其中状态可以是 GPIO.LOW 或 GPIO.HIGH。

还可以输出到通道列表或元组：

channels = [18, 12, 13] 
GPIO.output(channels, GPIO.HIGH) # or GPIO.LOW
GPIO.output(channel, (GPIO.LOW, GPIO.HIGH, GPIO.HIGH))

5、清理所有使用的通道

在程序结束时，最好清理通道，以便将所有引脚设置为默认状态。

GPIO.cleanup()

二、实验——树莓派GPIO口控制双色LED灯

1、简介

双色LED灯（双基色 LED灯），是指模块只能显示2种颜色，一般是红色和绿色，可以有三种状态：灭、颜色1亮、颜色2亮；根据颜色组合的不同，分为红蓝双色，黄蓝双色，红绿双色等等。双色 LED常于指示状态：比如红色表示设备异常，绿色表示正常。

led灯

2、组件

1、树莓派主板*1

2、树莓派电源*1

3、40P软排线*1

4、双色LED模块*1

5、面包板*1

6、杜邦线、跳线若干

3、实验原理

将引脚S（绿色）和中间管脚R（红色）连接到树莓派的GPO 接口上，对树莓派进行编程控制，将LED的颜色从红色变为绿色，然后使用PWM混合其他颜色。

该模块的原理图如下所示：

led灯

4、实验步骤

连接电路。将树莓派通过T型转接板连接到面包板，树莓派GPIO 11即T型转接板GPIO 17，“红白线”连接双色LED模块R端子；树莓派GPIO 12 即T型转接板GPIO 18，“绿白线”连接双色LED模块G端子；树莓派GND即T型转接板GND，“黑线”连接双色LED模块GND端子。

树莓派	面包板	双色LED模块
GPIO1	GPIO18	G(S)
GPIO0	GPIO17	R(中间)
GND	GND	GND

led灯

5、代码实现

WM的频率：P决定了输出的数字信号on （1）和 off（0 ）的切换速度，频率越高，切换就越快。

占空比：指一串理想脉冲序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值，用来调节灯的亮度。

import RPi.GPIO as GPIO
import time


colors = [0xFF00, 0x00FF, 0x0FF0, 0xF00F]
makerobo_pins = (11, 12)  # PIN管脚字典


GPIO.setmode(GPIO.BOARD)     # 采用实际的物理管脚给GPIO口
GPIO.setwarnings(False)      # 去除GPIO口警告
GPIO.setup(makerobo_pins, GPIO.OUT)   # 设置Pin模式为输出模式
GPIO.output(makerobo_pins, GPIO.LOW)  # 设置Pin管脚为低电平(0V)关闭LED


p_R = GPIO.PWM(makerobo_pins[0], 2000)  # 设置频率为2KHz
p_G = GPIO.PWM(makerobo_pins[1], 2000)  # 设置频率为2KHz


# 初始化占空比为0(led关闭)
p_R.start(0)     
p_G.start(0)


def makerobo_pwm_map(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min


def makerobo_set_Color(col):   # 例如:col = 0x1122
    R_val = col  > > 8
    G_val = col & 0x00FF
    # 把0-255的范围同比例缩小到0-100之间
    R_val = makerobo_pwm_map(R_val, 0, 255, 0, 100)
    G_val = makerobo_pwm_map(G_val, 0, 255, 0, 100)


    p_R.ChangeDutyCycle(R_val)     # 改变占空比
    p_G.ChangeDutyCycle(G_val)     # 改变占空比


# 调用循环函数
def makerobo_loop():
    while True:
        for col in colors:
            makerobo_set_Color(col)
            time.sleep(0.5)
# 释放资源
def makerobo_destroy():
    p_G.stop()
    p_R.stop()
    GPIO.output(makerobo_pins, GPIO.LOW)    # 关闭所有LED
    GPIO.cleanup()                          # 释放资源


# 程序入口
if __name__ == "__main__":
    try:
        makerobo_loop()       # 调用循环函数
    except KeyboardInterrupt:  # 当按下Ctrl+C时，将执行destroy()子程序。
        makerobo_destroy()    # 释放资源

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