树莓派 GPIO 的用途

树莓派的 GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出接口） 是一组可编程的物理引脚，用于连接外部电子元件（如传感器、LED、电机等），实现硬件交互。主要用途包括：

1. 输入功能：读取按钮、温度传感器、红外接收器等信号。
2. 输出功能：控制 LED、继电器、蜂鸣器等设备。
3. PWM 输出：控制舵机、电机速度或 LED 亮度。
4. 通信协议：通过 I2C、SPI、UART 等协议连接外设（如显示屏、ADC 模块）。
5. 扩展性：连接扩展板（如 HAT）实现更多功能（如电机驱动、数据采集）。

GPIO 接口说明

树莓派（以 40 针型号为例）的 GPIO 引脚布局如下：

关键引脚类型：

1. 3.3V / 5V：供电引脚（注意电压匹配，避免烧毁外设）。
2. GND：接地引脚。
3. GPIO 数字引脚：可编程为输入/输出的引脚（编号如 GPIO2、GPIO3）。
4. 专用协议引脚：
   • I2C：SDA（数据）、SCL（时钟）。
   • SPI：MOSI、MISO、SCLK、CE0/CE1。
   • UART：TXD（发送）、RXD（接收）。

⚠️ 注意事项：

• 避免将 5V 设备直接连接到 3.3V GPIO 引脚。
• 使用前关闭电源，防止短路。

编程方法

1. Python 库（推荐）

• RPi.GPIO（基础库）：

  import RPi.GPIO as GPIO
  import time
  
  GPIO.setmode(GPIO.BCM)  # 使用 GPIO 编号（非物理引脚号）
  GPIO.setup(18, GPIO.OUT)  # 设置 GPIO18 为输出
  
  try:
    while True:
        GPIO.output(18, GPIO.HIGH)  # 点亮 LED
        time.sleep(1)
        GPIO.output(18, GPIO.LOW)   # 熄灭 LED
        time.sleep(1)
  except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()  # 清理 GPIO 设置

• GPIO Zero（更易用）：

  from gpiozero import LED
  from time import sleep
  
  led = LED(18)  # 直接操作 LED
  
  while True:
    led.on()
    sleep(1)
    led.off()
    sleep(1)

2. C/C++ 编程

使用 wiringPi 库（需安装）：

#include <wiringPi.h>

int main() {
    wiringPiSetupGpio();  // 使用 GPIO 编号
    pinMode(18, OUTPUT);

    while (1) {
        digitalWrite(18, HIGH);
        delay(1000);
        digitalWrite(18, LOW);
        delay(1000);
    }
    return 0;
}

3. 命令行工具

• 快速测试引脚状态：

  raspi-gpio set 18 op dh  # 设置 GPIO18 为输出高电平

注意事项

1. 防静电：接触 GPIO 前触摸接地物体。
2. 限流电阻：连接 LED 时串联 220Ω–1kΩ 电阻。
3. 避免短路：确保接线正确，尤其是电源引脚。

通过 GPIO，树莓派可轻松实现智能家居、机器人控制、数据采集等硬件项目！