树莓派GPIO的作用

树莓派的 GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出）引脚 是其硬件接口的核心部分，主要用于连接和控制外部电子设备。主要功能包括：

1. 输入功能

   • 读取传感器数据（如温度、湿度、光线强度）
   • 检测按钮/开关状态
   • 接收数字/模拟信号

2. 输出功能

   • 控制LED、蜂鸣器、继电器
   • 驱动电机（需配合驱动板）
   • 发送信号到其他设备

3. 通信协议支持

   • I²C：连接显示屏、传感器（如OLED、温湿度模块）
   • SPI：高速通信（如LED灯带、特定传感器）
   • UART：串口通信（如GPS模块、Arduino交互）

4. 特殊功能

   • PWM输出：控制舵机、调节LED亮度
   • 硬件时钟（特定引脚）：高精度时序控制

树莓派GPIO编程（Python示例）

基础步骤（使用 RPi.GPIO 库）：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# 1. 设置引脚编号模式（二选一）
GPIO.setmode(GPIO.BCM)    # 使用BCM编号（如GPIO17）
# GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # 使用物理引脚号（如引脚11）

# 2. 定义引脚
led_pin = 17  # 以BCM 17为例（物理引脚11）
button_pin = 27

# 3. 初始化引脚模式
GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)       # 输出模式
GPIO.setup(button_pin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)  # 输入模式+上拉电阻

try:
    while True:
        # 4. 读取按钮状态（按下为低电平）
        if GPIO.input(button_pin) == GPIO.LOW:
            GPIO.output(led_pin, GPIO.HIGH)  # 点亮LED
            print("LED ON")
        else:
            GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW)   # 熄灭LED
            print("LED OFF")
        time.sleep(0.1)

# 按Ctrl+C时清理
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()  # 释放GPIO资源

常用函数：

• 设置引脚
  GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
GPIO.setup(pin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP/PUD_DOWN)

• 写入输出
  GPIO.output(pin, GPIO.HIGH) 或 GPIO.output(pin, True)
GPIO.output(pin, GPIO.LOW) 或 GPIO.output(pin, False)

• 读取输入
  state = GPIO.input(pin)

• PWM控制（调光/舵机）

  pwm = GPIO.PWM(led_pin, 100)  # 引脚+频率(Hz)
  pwm.start(50)                 # 启动，占空比50%
  pwm.ChangeDutyCycle(25)       # 修改占空比
  pwm.stop()                    # 停止

⚠️ 注意事项

1. 引脚保护

   • GPIO电压为 3.3V（非5V兼容），连接外部设备需电平转换。
   • 单个引脚最大电流约 16mA，总电流勿超 50mA（驱动电机需额外电路）。

2. 避免短路
   接线前断电操作，避免误触电源引脚（如1/2号物理引脚为5V电源）。

3. 引脚复用
   部分引脚有特殊功能（如UART、I²C），冲突时需在设置中关闭。

实际应用场景

通过GPIO，树莓派从微型电脑变身硬件控制核心，是学习嵌入式开发和物联网的必备技能！