树莓派学习笔记——GPIO功能学习
0.前言
树莓派现在越来越火,网上树莓派的资料也越来越多。树莓派源自英国,国外嵌入式开源领域具有良好的分享精神,树莓派各种集成库也层出不穷,下面推荐几个。 【 python GPIO】 【开发语言】——python 【简单介绍】——该库更确切的名称为raspberry-gpio-python,树莓派官方资料中推荐且容易上手。python GPIO是一个小型的python库,可以帮助用户完成raspberry相关IO口操作。但是python GPIO库还没有支持SPI、I2C或者1-wire等总线接口。除了python GPIO之外,还有众多的python扩展库(例如webiopi),毫无疑问的说python非常适合树莓派,树莓派也非常适合python。 【 wiringPi】 【开发语言】——C语言 【简单介绍】——wiringPi适合那些具有C语言基础,在接触树莓派之前已经接触过单片机或者嵌入式开发的人群。wiringPi的API函数和arduino非常相似,这也使得它广受欢迎。作者给出了大量的说明和示例代码,这些示例代码也包括UART设备,I2C设备和SPI设备等,毫无疑问地说wiringPi功能非常强大。 【 BCM2835 C Library】 【开发语言】——C语言 【简单介绍】BCM2835 C Library可以理解为使用C语言实现的相关底层驱动,它给我的感觉更像STM32的库函数,BCM2835 C Library的驱动库包括GPIO、SPI和UART等,可以通过学习BCM2835 C Library熟悉BCM2835相关的寄存器操作。如果有机会开发树莓派上的linux驱动,或自主开发python或PHP扩展驱动,可以从BCM2835 C Library找到不少的“灵感”。 【相关博文】 更多树莓派学习笔记请参考——【 树莓派学习笔记——索引博文】
1.硬件准备
【树莓派】——在开始所有的实验之前,你需要一块完整的树莓派。 【IO扩展板】——可以通过淘宝购买IO扩展板,或者购买万用板和杜邦线自行制作IO扩展板。 图1 树莓派扩展板——图片来自 天猫 大菠萝数码专营店 图2 运行效果图
2.注意事项
【编号方式】 图3 GPIO编号方式——该图片来自wiringPi说明文档 树莓派的软件扩展库虽然很多,但也导致了扩展库“碎片化”的问题,例如操作树莓派的GPIO端口,GPIO的编号便存在三种不同的方式 【1】插座编号方式 编号侧重 P1插座侧,从上到下,从左到右。正如图3的Header一栏。 【2】BCM2835编号方式 编号 侧重CPU寄存器,根据BCM2835的GPIO寄存器编号。正如图3 BCM GPIO一栏。 【3】wiringPi编号方式 编号 侧重实现逻辑,把扩展GPIO端口从0开始编号,这种编号方便编程。正如图3 WiringPi一栏。 【举例说明】 插座编号方式 11 -> BCM2835编号方式 17 -> wiringPi编号方式 GPIO0。无论如何它都是同一个IO管脚。 【代码写在哪里】 【1】直接在树莓派中编写 树莓派中有几款代码(文本)编辑软件,可以在树莓派中编写代码。 【2】在windows中编写 可以在windows中编写代码,如果是Python脚本可通过FTP软件传输到树莓派中,然后使用SSH客户端登录到树莓派中执行Python脚本。如果是C语言文件,除了使用FTP传输之外还需要在树莓派上编译才可以生成可执行文件(相当于windows上的exe文件)。相关软件操作请参考【 树莓派学习笔记——常用软件汇总】 【3】在其他linux中编写 与windows中编写代码不同,在其他linux发行版(例如ubuntu)中可安装交叉工具链,交叉编译C文件生成在树莓派的可执行文件,那么使用FTP传输可执行文件至树莓派即可。其实方式【1】和方式【3】是几乎相同的。 【本例原理图】 为了说明问题本例只有一个LED,接在了树莓派IO扩展插座的11脚。图4 原理图
2 Python GPIO实现
【安装过程】 【1】先安装python-dev,输入以下指令。sudo apt-get install python-dev 【2】安装RPi.GPIO,依次输入以下指令。特别说明,由于RPi.GPIO仍处于不断完善的过程中,请参考前言中的链接下载最新的安装代码。# 下载 $ wget http://raspberry-gpio-python.googlecode.com/files/RPi.GPIO-0.5.3a.tar.gz # 解压缩
$ tar xvzf RPi.GPIO-0.5.3a.tar.gz
# 进入解压之后的目录
$ cd RPi.GPIO-0.5.3a
# 启动安装
$ sudo python setup.py install 【示例代码】 新建一个名为led.py的文件,该文件具体内容如下:
# -*- coding: utf-8 -*-import RPi.GPIO as GPIOimport time# BOARD编号方式,基于插座引脚编号GPIO.setmode(GPIO.BOARD)# 输出模式GPIO.setup(11, GPIO.OUT)while True: GPIO.output(11, GPIO.HIGH) time.sleep(1) GPIO.output(11, GPIO.LOW) time.sleep(1)
【运行】 如果在windows上编写代码,请使用FTP软件下载到树莓派中,使用SSH客户端登陆树莓派,cd命令进入文件所在目录,然后输入指令 sudo python led.py 好吧,扩展板上的LED等开始闪烁了。最后使用Ctrl+C结束Python程序。 【简单说明】 【1】GPIO.setmode(GPIO.BOARD),采用插座引脚编号方式。 【2】由于采用插座引脚编号方式,此处的11脚相当于BCM2835寄存器编号方式的引脚11。
4 WiringPi实现
【安装过程】 详见【 树莓派学习笔记——wiringPi简介、安装和管脚说明】 【示例代码】 新建一个名为blink.c文件,该文件具体内容如下:
#include int main(void){ wiringPiSetup() ; pinMode (0, OUTPUT) ; for(;;) { digitalWrite(0, HIGH) ; delay (500) ; digitalWrite(0, LOW) ; delay (500) ; }}
【运行】 如果在windows上编写代码,请使用FTP软件下载到树莓派中,使用SSH客户端登陆树莓派,cd命令进入文件所在目录,然后输入gcc指令 gcc -Wall -o blink blink.c -lwiringPi 接着输入以下命令执行程序 sudo ./blink 程序顺利运行,最后使用ctrl+c可以结束程序。 【简单说明】 【1】不确定的最后状态,由于程序停止的时间未知,所有LED可能为点亮状态也可能会熄灭状态。 【2】和python的程序相比,GPIO的端口号似乎发生了变化,但是实际上为同一个IO,只是IO的编号方式略有不同。 【3】-lwiringPi表示动态加载wiringPi共享库,如果不熟悉gcc指令和makefile,请参考系列博文——【 Linux学习笔记——例说makefile 索引博文】
5 BCM2835 C Library
【安装过程】 特别说明,由于BCM2835 C Library仍处于不断完善的过程中,请参考前言中的链接下载最新的安装代码。 # 下载
$ wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.35.tar.gz
# 解压缩
$ tar xvzf bcm2835-1.35.tar.gz
# 进入压缩之后的目录
$ cd bcm2835-1.35
# 配置
./configure
# 从源代码生成安装包
make
# 执行检查
sudo make check
# 安装 bcm2835库
sudo make install 【示例代码】 新建一个名为blink.c的程序,程序的具体内容如下:
#include // P1插座第11脚#define PIN RPI_GPIO_P1_11int main(int argc, char **argv){ if (!bcm2835_init()) return 1; // 输出方式 bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP); while (1) { bcm2835_gpio_write(PIN, HIGH); bcm2835_delay(100); bcm2835_gpio_write(PIN, LOW); bcm2835_delay(100); } bcm2835_close(); return 0;}
【运行】 如果在windows上编写代码,请使用FTP软件下载到树莓派中,使用SSH客户端登陆树莓派,cd命令进入文件所在目录,然后输入gcc指令 gcc -o blink blink.c -lbcm2835 接着执行该程序,输入以下指令 sudo ./blink 程序顺利运行,最后使用ctrl+c可以结束程序。 【1】和wiringPi的情况相似,若关闭程序LED灯可能点亮也可能熄灭。 【2】虽然GPIO端口再次发生了变化,但还是指向那个LED灯。 【3】-lbcm2835表示动态加载bcm2835共享库,如果不熟悉gcc指令和makefile,请看看我的其他博文吧。
6 未来做些什么
实践GPIO输入功能,实践SPI功能,实践I2C功能等。最后综合以上若干内容结合web做些好玩的应用。