樹莓派GPIO控制/使用的教程

一個樹莓派小白，對GPIO的使用一無所知，不斷的在網上找了很多文章看，現在找了兩篇比較好的文章，參考並記錄在這裏，供需要的人蔘考。

介紹

GPIO（General Purpose I/O Ports）意思爲通用輸入/輸出端口，通過它們可以輸出高低電平或者通過它們讀入引腳的狀態（是高電平或是低電平）。
樹莓派使用GPIO的方法有很多種，庫函數包括了wiringPi以及RPi.GPIO，這裏我主要介紹RPi.GPIO庫，這個庫是樹莓派系統自帶的。

使用說明

（一）導入庫

import RPi.GPIO as GPIO

（二）設置編碼規範

gpio.setmode(gpio.BOARD)

這裏需要解釋的是：因爲要使用GPIO口，那麼你得明確使用的是哪一個口（下面代碼中 pin 對應的就是端口號），這就引入了一個編號問題，目前存在的有三種編碼規範。
1）BOARD： 從左到右，從上到下：左邊基數，右邊偶數：1-40
2）BCM：編號側重 CPU 寄存器，根據 BCM2835 的 GPIO 寄存器編號
3）wpi： 編號側重實現邏輯，把擴展 GPIO 端口從 0 開始編號，這種編號方便編程。
通過一張圖我們就能看清楚

（三）引腳設置

# 將引腳設置爲輸入模式
GPIO.setup(pin, GPIO.IN)

# 將引腳設置爲輸出模式
GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)

# 爲輸出的引腳設置默認值
GPIO.setup(pin, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)

（四）電平控制

GPIO.output(pin, state)

注意：狀態(state)可以設置爲低（0 / GPIO.LOW / False）或高（ 1 / GPIO.HIGH / True）
也可以一次性設置多個引腳

pin_list = [11,12]
GPIO.output(pin_list, GPIO.LOW)

（五）讀取引腳的輸入狀態

GPIO.input(pin)

（六）釋放GPIO資源

GPIO.cleanup()

（七）示例代碼

import RPi.GPIO as gpio
import time

# 定義引腳，你怎麼接的怎麼改
in1 = 12
in2 = 16
# 設置GPIO口爲BOARD編號規範
gpio.setmode(gpio.BOARD)

# 設置GPIO口爲輸出
gpio.setup(in1, gpio.OUT)
gpio.setup(in2, gpio.OUT)
# 設置輸出電平
gpio.output(in1, gpio.HIGH)
gpio.output(in2, gpio.LOW)
# 秒級延遲
time.sleep(2)
# 釋放GPIO資源
gpio.cleanup()

（八）PWM設置

8.1 脈衝寬度調製(PWM)
　　脈衝寬度調製(PWM)是一種高效的數字電壓控制技術，它利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制，通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調整方法。爲更好的理解和使用PWM，我們首先需要了解以下兩個概念。

頻率

頻率以Hz爲單位，一個脈衝信號時間週期的倒數。如果PWM的輸出頻率比較低，例如只有5Hz，那麼在控制一個LED時候，LED就會一閃一閃的，較高的頻率可以讓運行更爲平滑，但PWM的輸出頻率並不能無限的高，而且在高頻情況下，測定的PWM頻率會與作爲樹莓派參數提供的頻率略有出入。因此，在使用PWM時，應該選擇一個合適的頻率，對於控制一個LED亮度來說，一般100Hz就足夠了。

佔空比

佔空比就是輸出的PWM脈衝信號中，高電平保持的時間與該PWM的時鐘週期的時間之比，如圖6.1所示，佔空比=t1/T=t1/(t1+t2)。假設PWM脈衝的頻率爲1000Hz，那麼它的時鐘週期T就是1ms（即1000us），如果高電平持續時間t1爲200us，低電平的時間t2爲800us，那麼佔空比就是200:1000(即1:5)。
　　
　　從應用的角度，我們可以簡單的將PWM理解爲通過改變脈衝信號的頻率和高電平的持續時間（或佔空比）來實現電壓控控制的一種方法。圖6.2顯示了三個由GPIO輸出的PWM信號(電壓爲3.3V)，第一個信號是一個佔空比爲20%的PWM輸出，即在信號週期中，20%的時間爲高電平（邏輯1），其餘80%的時間爲低電平（邏輯0），對應的電壓爲滿幅值的20%（0.66V）。第二、三個信號分別是佔空比爲50%和80%的PWM輸出，對應的電壓分別爲1.65V和2.64V。
　　
8.2 樹莓派操控PWM
在樹莓派上，可以通過對GPIO的編程來實現PWM，RPi.GPIO庫就提供了一個PWM功能，以下是使用RPi.GPIO庫的PWM功能的方法。
創建一個PWM實例

pwm = GPIO.PWM(channel, frequency)  

channel：指定要輸出PWM信號的GPIO引腳；
frequency：指定PWM信號的初始頻率，單位爲Hz，其值應大於0.0。
啓用PWM

pwm.start(dc)  

dc：指定PWM信號的初始佔空比，取值範圍爲0.0 ≤ dc ≤ 100.0。
更改PWM頻率

pwm.ChangeFrequency(freq) 

freq：指定PWM的新頻率，單位爲Hz，其值應大於0.0。
更改PWM佔空比

pwm.ChangeDutyCycle(dc)  

dc：指定PWM的新佔空比，取值範圍爲0.0 ≤ dc ≤ 100.0。

8.3 PWM驗證實驗
接下來，我們將用一個具體的例子來演示樹莓派是如何使用PWM的。在這個實驗裏，您將可以手動改變LED的亮度，一方面我們將盡可能用上RPi.GPIO庫中PWM的相關函數，讓您更好了解這些函數的使用，另一方面讓您更爲直觀的理解PWM的基本原理。

import RPi.GPIO as GPIO                 # 引入GPIO模塊

if __name__ == '__main__':
    LedPin = 19
    freq = 100                          # 存放PWM頻率變量，這裏初始值爲100，可以根據實際需要修改
    dc = 0                              # 存放PWM佔空比變量，這裏初始值爲0，可以根據實際需要修改

    GPIO.setmode(GPIO.BCM)              # 使用BCM編號方式
    GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT)        # 將GPIO19設置爲輸出模式

    pwm = GPIO.PWM(LedPin, freq)        # 創建PWM對象，並指定初始頻率
    pwm.start(dc)                       # 啓動PWM，並指定初始佔空比

    try:
        freq = int(input("Please input the frequency of PWM(1-2000Hz): "))  # 等待輸入新PWM頻率
        pwm.ChangeFrequency(freq)       # 改變PWM頻率
        while True:
            dc = int(input("Please input the duty cycle(0-100): "))         # 等待輸入新PWM佔空比
            pwm.ChangeDutyCycle(dc)     # 改變PWM佔空比
    finally:
        pwm.stop()                      # 停止PWM
        GPIO.cleanup()                  # 清理釋放GPIO資源

程序運行後，首先會要求您輸入PWM頻率（建議輸入的值在1到2000之間），然後您可以通過不斷的輸入新的PWM佔空比來改變LED的狀態。例如，您可以輸入一個100Hz的PWM頻率，然後分別輸入10、30、50、80、100的PWM佔空比，您將看到LED會一次比一次亮；當您輸入的PWM頻率爲5時，LED會不斷的閃爍，輸入不同的佔空比只會改變LED點亮的時間長度，而亮度基本不變，當佔空比爲100時，LED長亮。

參考鏈接1：
https://www.jianshu.com/p/449682146501
來源：簡書
參考鏈接2：https://blog.csdn.net/yzy_1996/article/details/83756357
來源CSDN