樹莓派筆記（三） 使用 RPi.GPIO 模塊

RPi.GPIO

RPI.GPIO是python的一個模塊，樹莓派官方系統默認已經安裝

使用python控制GPIO需要匯入RPI.GPIO模塊

1. 匯入模塊

#匯入模塊并檢查它是否成功：
import RPi.GPIO  as GPIO 
try：
    import RPi.GPIO  as GPIO 
except RuntimeError ：
    print（"匯入RPi.GPIO時出錯，可能是權限問題"）

引腳簡介

引腳編號

RPi.GPIO中使用的IO引腳編號有兩種方法，

1. BOARD編號系統，如下圖中物理介面，使用此編號系統的優點是，無論樹莓派的版本如何，您的硬體將始終可以作業，您無需重新連接連接器或更改代碼，
2. BCM編號系統，不同版本的樹莓派不一樣可能要重新修改代碼，這是一種較低級別的作業方式-指Broadcom SOC上的通道號，您必須始終使用哪個通道號到達樹莓派板上哪個引腳的圖表，您的腳本可能會在樹莓派板的修訂版之間中斷，

引腳功能
如下圖，功能名一欄寫名了樹莓派引腳的功能
主要有如下分類

• 電源引腳
  • 5v、3.3v ：為輸出5v、3.3v電源
  • 0v /GND ：即負極，或接地級
• GPIO引腳
  • 通用輸入輸出引腳，可編程控制高低電平
• 其他功能引腳
  • i2c --> SDA,SCL
  • SPI —> MOSI,MISO,SCLK 等等

查詢引腳編號
若忘了引腳編號，又找不到圖，你可以在樹莓派linux終端中輸入命令查詢引腳編號，如下

gpio readall

引腳圖

引腳設定

指定引腳編號系統

上面提到，樹莓派有多個編號系統，在編程之前需要指定一個編號系統，指定后，即使用該編號進行編程，若使用其他編號會導致錯誤

GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #指定為BOARD編號
  # or
GPIO.setmode(GPIO.BCM)#指定為BCM編號

若要檢測已經使用了什么編號可使用

mode = GPIO.getmode()

mode為GPIO.BOARD，GPIO.BCM、None，其意義顯而易見

配置通道

GPIO引腳是通用輸入輸出引腳，其是可以作為輸入或輸出所用
因此使用之前，你需要告訴系統，該引腳你需要作為輸入還是輸出

設定為輸入模式

GPIO.setup(引腳,GPIO.IN)

還可以設定上拉電阻（具體用處后面會介紹）
GPIO.setup(引腳,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
下拉電阻
GPIO.setup(引腳,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

設定為輸出模式

GPIO.setup(引腳,GPIO.OUT)

設定為輸出并初始為為HIGH或LOW
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)

可以同時 設定多個引腳
chan_list  =  [ 11 ，12 ]      
                       ＃你可以用元組代替，即：
                       ＃chan_list =（11,12）
GPIO.setup(chan_list, GPIO.OUT)

注意 引腳的編號為你上面指定的編號系統 ??????

釋放引腳

程式結束不釋放引腳是一個很危險的行為????????????

假如執行程式時 你設定引腳輸出為高電平，而程式結束時你未釋放引腳它將保持這一狀態，一旦意外接觸到該引腳與GND將會短路，啥訓你的樹莓派

釋放引腳：

GPIO.cleanup()

注意，同時GPIO.cleanup()也會清除正在使用的引腳編號系統，

輸出

根據上文，進行輸出操作前，應有

import RPi.GPIO  as GPIO 
try：
    import RPi.GPIO  as GPIO 
except RuntimeError ：
    print（"匯入RPi.GPIO時出錯，可能是權限問題"）
GPIO.setmode(GPIO.BCM)#指定為BCM編號
GPIO.setup(17,GPIO.OUT)

設定 GPIO 針腳的輸出狀態：

GPIO.output(channel, state) 
state可以是0 / GPIO.LOW / False   ---  低電平
      或者 1 / GPIO.HIGH / True   ---  高電平

輸出切換，高變低，低變高

GPIO.output(channel, not GPIO.input(channel))

pwm

脈寬調制(PWM)是指用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制，是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法

創建一個 PWM 實體：
p = GPIO.PWM(channel, frequency)
啟用 PWM：
p.start(dc)   # dc 代表占空比（范圍：0.0 <= dc >= 100.0）
更改頻率：
p.ChangeFrequency(freq)   # freq 為設定的新頻率，單位為 Hz
更改占空比：
p.ChangeDutyCycle(dc)  # 范圍：0.0 <= dc >= 100.0
停止 PWM：
p.stop()

示例

import time
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)
  
p = GPIO.PWM(12, 50)  # 通道為 12 頻率為 50Hz
p.start(0)
try:
    while 1:
        for dc in range(0, 101, 5):
            p.ChangeDutyCycle(dc)
            time.sleep(0.1)
        for dc in range(100, -1, -5):
            p.ChangeDutyCycle(dc)
            time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
    pass
p.stop()
GPIO.cleanup()

輸入

輸入要比輸出復雜一些

上拉/下拉電阻

如果輸入引腳沒有接其他器件（或者開關關閉），那么這個引腳將處于浮動的狀態，即可能高電平可能低電平，或者在兩者之間切換，這時候讀取引腳的值沒有意義，所以我們需要上拉/下拉電阻，使引腳狀態確定

1. 物理方法
   將一個 10K 的電阻連接在輸入通道與 3.3V（上拉）
   或 輸入通道與0V之間（下拉）
2. 程式方法

 上拉電阻 
GPIO.setup(引腳,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
下拉電阻
GPIO.setup(引腳,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

輪詢輸入

這是最簡易的一種方式，在某個時間點檢查輸入值，這即是所謂的“輪詢 ”，而且如果您的程式在錯誤的時間里進行了讀取，可能會錯過某個輸入值，在回圈中運用輪詢，有可能使處理器資源緊張，

示例

if GPIO.input(channel):
    print('Input was HIGH')
else:
    print('Input was LOW')
    
回圈中等待按鈕被按下后進行輪詢
while GPIO.input(channel) == GPIO.LOW:
    time.sleep(0.01)  # 為 CPU 留出 10 毫秒，供其處理其它事物

中斷和邊檢檢測

用這種方法輸入不會因為cpu在忙其他事而錯過輸入，且占用 CPU 資源很少

邊緣就是是從 HIGH 到 LOW 的過度(下降臨界值falling edge)或從 LOW 到 HIGH 的過度(上升臨界值rising edge)

檢測到邊緣時執行執行緒回呼函式

1. wait_for_edge(channel, state) 函式

   用于在檢測到邊緣之前阻止程式的運行，
   上面的示例中，等待按鈕被按下的陳述句可以改寫為：
   GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO.RISING)

   如果您只想等待一段時間，則可以使用timeout引數：

＃上升沿等待最多5秒（超時以毫秒為單位）
pin= GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO_RISING, timeout=5000)
if pin is None:
    print('Timeout occurred')
else:
    print('Edge detected on pin', pin)

2. event_detected(channel, state) 函式

   函式被設計用于回圈中有其它東西時使用，但不同于輪詢的是，它不會錯過當 CPU 忙于處理其它事物時輸入狀態的改變，這在類似使用 Pygame 或 PyQt 時主回圈實時監聽和回應 GUI 的事件是很有用的，

GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)  # 在通道上添加上升臨界值檢測
do_something()
if GPIO.event_detected(channel):
    print('Button pressed')

state可以為GPIO.RISING、GPIO.FALLING、GPIO.BOTH

執行緒回呼

RPi.GPIO 在第二條執行緒中執行回呼函式，這意味著回呼函式可以同您的主程式同時運行，并且可以立即對邊緣進行回應，例如：

def my_callback(channel):
    print('這是一個邊緣事件回呼函式！')
    print('在通道 %s 上進行邊緣檢測'%channel)
    print('該程式與您的主程式運行在不同的行程中')
  
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=my_callback)  # 在通道上添加上升臨界值檢測
... 其它程式代碼 ...

如果您需要多個回呼函式：

def my_callback_one(channel):
    print('回呼 1')
  
def my_callback_two(channel):
    print('回呼 2')
  
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，在該示例中，回呼函式為順序運行而不是同時運行，這是因為當前只有一個行程供回呼使用，而回呼的運行順序是依據它們被定義的順序，

開關防抖

每次按鈕按下時，回呼操作被呼叫不止一次，這種現象被稱作“開關抖動 ”，這里有兩種方法解決開關抖動問題：

1. 物理方法 將一個 0.1uF 的電容連接到開關上，
2. 軟體方法防止抖動
   使用軟體方式抖動，可以在您指定的回呼函式中添加 bouncetime= 引數，
   抖動時間需要使用毫秒為單位進行書寫，例如：
   在通道上添加上升臨界值檢測，忽略由于開關抖動引起的小于 200ms 的邊緣操作

GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=my_callback, bouncetime=200)

或者

GPIO.add_event_callback(channel, my_callback, bouncetime=200)
remove_event_detect()

如果你不希望你的程式檢測邊緣事件，可以將它停止：

GPIO.remove_event_detect(channel)