GPIO: gach eolas faoi na naisc Sú craobh Pi 4 agus 3

An Bioráin GPIO de bhord Raspberry Pi 4, an 3, agus a réamhtheachtaithe freisin, cumais a sholáthar do bhord SBC cosúil leis na cinn is féidir a bheith ag Arduino, ós rud é gur féidir leat tionscadail leictreonacha an-suimiúla a chruthú arna rialú ón gcóras oibriúcháin trí chód i dteangacha éagsúla, mar shampla Python.

Déanann sé sin an bord níos mó ná ríomhaire saor amháin. Tabharfaidh sé deis duit an iliomad eilimintí leictreonacha gur féidir leat é a úsáid le Arduino, ach is féidir é sin a rialú ón Pi freisin. Sa treoir seo féachfaidh mé leis an oiread faisnéise agus is féidir a thabhairt duit faoi na bioráin GPIO seo ionas gur féidir leat tosú ag baint leasa astu ...

Cad é GPIO?

GPIO is é an t-acrainm le haghaidh Ionchur / Aschur Cuspóra Ghinearálta, is é sin, Ionchur / Aschur Cuspóra Ghinearálta. Is féidir le táirgí leictreonacha éagsúla é, mar na sceallóga iad féin nó boird PCB áirithe mar an Sú craobh Pí seo. Mar a thugann an t-ainm le tuiscint, is bioráin iad is féidir a chumrú chun feidhmeanna éagsúla a chomhlíonadh, dá bhrí sin is cuspóir ginearálta iad agus ní le húsáid shonrach.

Is é an t-úsáideoir ag am rith a fhéadfaidh cumraigh na bioráin GPIO seo ionas go ndéanfaidh siad a bhfuil uaidh. Is féidir é a dhéanamh ar bhealaí éagsúla, mar shampla le cóid nó scripteanna áirithe ón gconsól nó leis an gclár Python, atá ar cheann de na bealaí is simplí agus is fearr leat mar gheall ar an méid roghanna atá agat.

Ar an mbealach seo, ní amháin go bhfuil sraith calafoirt ag an Raspberry Pi agus comhéadain chun ilghléasanna caighdeánacha a nascadh, ach cuir na bioráin GPIO seo ionas gur féidir leat gairis leictreonacha eile nó tionscadail déantóra a chruthaigh tú féin a chur leis. Ar an gcaoi chéanna is a dhéanfá le Arduino agus a bioráin I / O le haghaidh rialaithe.

Y ní eisiach do Arduino nó Raspberry Pi, mar sin déan boird SBC eile agus táirgí leabaithe.

Feidhmeanna GPIO

Agus idir a CARACTERISTICS thar barr:

• Is féidir leo a chumrú mar sin mar ionchur mar aschur. Tá an débhrí sin acu mar a tharlaíonn sé dóibh siúd atá ag Arduino.
• Bioráin GPIO freisin is féidir iad a ghníomhachtú agus a dhíghníomhachtú de réir cód. Is é sin, is féidir iad a shocrú go 1 (leibhéal ardvoltais) nó 0 (leibhéal ísealvoltais).
• Ar ndóigh is féidir leo léigh sonraí dénártha, mar na cinn agus na nialais, is é sin, comhartha voltais nó easpa é.
• Luachanna aschuir Léitheoireacht agus scríbhneoireacht.
• Is féidir na luachanna ionchuir a chumrú i gcásanna áirithe mar imeachtaí ionas go nginfidh siad gníomh de chineál éigin ar an gclár nó ar an gcóras. Úsáideann roinnt córais leabaithe iad mar IRQanna. Cás eile is ea a chumrú nuair a bhíonn braiteoirí amháin gníomhach nó níos mó ag braiteoirí áirithe, gníomh éigin a dhéanamh ...
• Maidir leis an voltas agus an déine, ní mór go mbeadh a fhios agat go maith na hacmhainní uasta atá inghlactha don bhord, sa chás seo an Sú craobh Pí 4 nó 3. Níor chóir duit iad a rith chun nach ndéanfaí dochar dó.

Dála an scéil, nuair a dhéantar grúpa bioráin GPIO a ghrúpáil, mar is amhlaidh leis an Sú craobh Pí, tugtar an grúpa ar Port GPIO.

Bioráin GPIO an Sú craobh Pí

nua Boird sú craobh Pi 4 agus leagan 3 Tá líon mór bioráin GPIO feistithe orthu. Ní thairgeann gach leagan an méid céanna, ná níl siad uimhrithe ar an mbealach céanna, mar sin caithfidh tú a bheith cúramach leis seo chun go mbeidh a fhios agat go maith conas ba cheart duit an nasc a dhéanamh de réir na samhla agus an athbhreithnithe atá agat.

Ach an rud atá níos cineálach ná na cineálacha GPIO is féidir leat a fháil i gcalafort na mbord Sú craobh Pí. Agus is é sin an chéad rud ba mhaith liom a dhéanamh soiléir, mar is é sin an chaoi a mbeidh a fhios agat na cineálacha bioráin is féidir leat brath ar do thionscadail:

• beathúÚsáidtear na bioráin seo chun na línte cumhachta nó an sreangú a nascadh le haghaidh do thionscadail leictreonacha. Freagraíonn siad do phionnaí cosúil leo siúd ar bhord Arduino, agus a sholáthraíonn voltais 5v agus 3v3 (3.3v teoranta d’ualach 50mA). Ina theannta sin, gheobhaidh tú na cinn talún (GND nó Ground). Mura n-úsáideann tú foinsí cumhachta seachtracha mar chadhnraí, nó oiriúnaitheoirí, is féidir leis na bioráin seo a bheith ina gcabhair mhór chun do chiorcad a chumhacht.
• DNC (Ná Ceangail): is bioráin iad atá i roinnt leaganacha agus nach bhfuil aon fheidhm acu, ach gur tugadh cuspóir eile dóibh sna cláir nua. Ní bhfaighidh tú iad seo ach i múnlaí níos primitive den Pi. Sna 3 agus 4 nua marcálfar iad mar GND i gcoitinne, agus iad in ann comhtháthú sa ghrúpa roimhe seo.
• Bioráin inchumraithe: is iad an gnáth GPIO iad, agus is féidir iad a chlárú le cóid mar a mhíneoidh mé níos déanaí na rudaí a theastaíonn uait a dhéanamh.
• Bioráin speisialta: seo roinnt nasc atá beartaithe le haghaidh naisc nó comhéadain speisialta mar naisc sraithe UART, TXD agus RXD, srl., mar atá le Arduino. Gheobhaidh tú fiú cuid mar SDA, SCL, MOSI, MISO, SCLK, CE0, CE1, srl. Seasann siad amach ina measc:
  • PWM, atá in ann leithead na bíge a rialáil mar a chonaiceamar in alt roimhe seo. Ar an Sú craobh Pí 3 agus 4 is iad GPIO12, GPIO13, GPIO18 agus GPIO19 iad.
  • Is comhéadan cumarsáide eile é SPI a phléigh mé in alt eile freisin. I gcás na gclár nua 40 bioráin, is iad sin na bioráin (le bealaí cumarsáide éagsúla mar a fheiceann tú):
    • SPI0: MOSI (GPIO10), MISO (GPIO9), SCLK (GPIO11), CE0 (GPIO8), CE1 (GPIO7)
    • SPI1: MOSI (GPIO20); MISO (GPIO19); SCLK(GPIO21); CE0 (GPIO18); CE1 (GPIO17); CE2 (GPIO16)
  • I2C is nasc eile é a mhínigh mé sa bhlag seo freisin. Tá an bus seo comhdhéanta den chomhartha sonraí (GPIO2) agus den chlog (GPIO3). Chomh maith le Sonraí EEPROM (GPIO0) agus Clog EEPROM (GPIO1).
  • Srathach, cumarsáid an-phraiticiúil eile le bioráin TX (GPIO14) agus RX (GPIO15) cosúil leis na cinn is féidir leat a fháil ar an gclár Arduino UNO.

Cuimhnigh gurb é GPIOnna an comhéadan idir an Sú craobh Pí agus an domhan lasmuigh, ach tá a theorainneacha, go háirithe leictreach. Rud nach mór duit a chur san áireamh ionas nach ndéanfaidh sé an bord a mhilleadh is cuimhin leat go mbíonn na bioráin GPIO seo gan bhac de ghnáth, is é sin, gan maolán. Ciallaíonn sé seo nach bhfuil cosaint acu, mar sin ní mór duit monatóireacht a dhéanamh ar mhéideanna an voltais agus na déine a chuirtear i bhfeidhm ionas nach mbeidh pláta gan úsáid agat sa deireadh ...

Difríochtaí GPIO idir leaganacha

Mar a dúirt mé, níl na samhlacha uile na bioráin chéannaSeo roinnt léaráidí ionas gur féidir leat na difríochtaí idir samhlacha a fheiceáil agus mar sin a bheith in ann díriú ar an Sú craobh Pí 4 agus 3, na cinn is nua agus an ceann is dócha atá agat i do sheilbh. Tá sé difriúil idir (tá na bioráin chéanna ag gach grúpa):

• Sú craobh Pi 1 Múnla B Rev 1.0, le 26-bioráin beagán difriúil ó Rev2.
• Sú craobh Pí 1 Múnla A agus B Rev 2.0, an dá mhúnla le 26-bioráin.
• Múnla Rapsberry Pi A +, B +, 2B, 3B, 3B +, Zero agus Zero W, agus 4 mhúnla freisin. Gach ceann acu le ceanntásc GPIO 40-bioráin.

Cad is féidir liom a plugáil isteach sna GPIOnna?

Ní féidir leat ach feistí leictreonacha a nascadh mar trasraitheoirí, braiteoirí taise / teochta, teirmeasóirí, mótair stepper, Soilse, srl. Is féidir leat comhpháirteanna nó modúil a cruthaíodh go sonrach don Raspberry Pi a nascadh agus a leathnaíonn cumais an bhoird níos faide ná an méid atá san áireamh sa bhonn.

Tá mé ag tagairt don cáiliúil hataí nó hataí agus plátaí is féidir leat a fháil ar an margadh. Tá go leor cineálacha ann, ó na cinn a úsáidtear chun mótair le tiománaithe a rialú, go cineálacha eile le cruthú braisle ríomhaireachta, Le Painéal stiúir inrialaithe, le cur Cumas teilifíse DVB, Scáileán LCD, Etc.

Na hataí nó na hataí seo Tá siad suite ar bhord Raspberry Pi, na GPIOanna a mheaitseáil a theastaíonn chun go n-oibreoidh sé. Dá bhrí sin, tá a thionól simplí go leor go tapa. Ar ndóigh, déan cinnte go bhfuil an leagan pláta comhoiriúnach le gach hata, ós rud é go bhfuil an calafort GPIO difriúil mar a chonaic tú ...

Deirim seo ar eagla go mbeadh pláta níos sine agat, ós rud é go bhfuil hataí comhoiriúnach ach leis an gceann is nua. Mar atá an tsamhail Raspberry Pi Model A +, B +, 2, 3, agus 4.

Réamhrá maidir le GPIO a úsáid ar an Sú craobh Pí

Chun tús a chur leis, ar Raspbian, is féidir leat an consól agus an cineál a oscailt an t-ordú bioráin amachÍomhá sa chríochfort a bhfuil na bioráin GPIO ar fáil ar do chlár agus cad chuige a bhfuil gach ceann acu, an rud a fhillfidh sé ar ais ort. Rud an-phraiticiúil é a bheith i láthair i gcónaí ag am na hoibre ionas nach mbeidh mearbhall ort.

An chéad tionscadal: splanc faoi stiúir leis na GPIOnna

An bealach is bunúsaí le cineál a dhéanamh de "Dia duit an domhan" le GPIOnna ná stiúir shimplí a úsáid atá ceangailte le bioráin an Sú craobh Pí ionas go bhfeicfidh tú conas a oibríonn siad. Sa chás seo, tá mé ceangailte le GND agus an ceann eile le bioráin 17, cé gur féidir leat ceann eile de na gnáthbhioráin a roghnú ...

Nuair a bheidh tú ceangailte, is féidir leat iad a rialú ó Raspbian ag baint leasa as an teirminéal. I Linux, úsáidtear comhaid shonracha cosúil leis na cinn san eolaire / sys / class / gpio /. Mar shampla, comhad a chruthú leis an struchtúr riachtanach chun tosú ag obair:

echo 17 > /sys/class/gpio/export

Ansin is féidir leat cumraigh mar ionchur (isteach) nó mar aschur (amach) an bioráin 17 sin a roghnaíodh mar shampla. Is féidir leat é a dhéanamh go héasca le:

echo out > /sys/class/gpio/gpio17/direction

Sa chás seo mar aschur, ós rud é go dteastaíonn uainn buille leictreach a sheoladh chuig an stiúir chun é a chasadh air, ach más braiteoir, srl., D’fhéadfá é a úsáid. Anois le haghaidh cas air (1) nó múch (0) an stiúir is féidir leat a úsáid:

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio17/value
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio17/value

Más mian leat bogadh ar aghaidh chuig tionscadal eile agus scriosadh iontráil cruthaithe, is féidir leat é a dhéanamh ar an mbealach seo:

echo 17 > /sys/class/gpio/unexport

Dála an scéil, is féidir leat na horduithe riachtanacha go léir a bhailiú do do thionscadal, cosúil leis na cinn roimhe seo, iad a shábháil i gcineál comhaid script bash agus ansin rith iad i bundle ag an am céanna, in ionad iad a chlóscríobh ceann ar cheann. Tá sé seo áisiúil nuair a dhéanann tú an cleachtadh céanna arís agus arís eile, mar sin ní gá duit athscríobh. Just a rith agus dul. Mar shampla:

nano led.sh

#!/bin/bash
source gpio 
gpio mode 17 out
while true; do 
gpio write 17 1 
sleep 1.3 
gpio write 17 0 
sleep 1.3 done

Nuair a chríochnaíonn tú, sábhálann tú agus ansin is féidir leat na ceadanna cuí a fhorghníomhú agus a fhorghníomhú an script chun an stiúir a chasadh air, fan 1.3 soicind agus cas mar seo i lúb ...

chmod +x led.sh
./led.sh

Réamhíocaíocht an chláir

Is léir go n-oibríonn an méid thuas do thionscadail bheaga leictreonacha nach bhfuil mórán comhpháirteanna iontu, ach más mian leat rud éigin níos airde a chruthú, in ionad na n-orduithe, is é an rud is féidir leat a úsáid teangacha cláir chun scripteanna nó cóid foinse éagsúla a dhéanamh a uathoibríonn an oibríocht.

Is féidir iad a úsáid uirlisí éagsúla le clár, le teangacha an-difriúla. Déanann na leabharlanna a d’fhorbair an pobal rudaí i bhfad níos éasca duit, mar shampla WiringPi, sysfs, pigpio, srl. Is féidir na cláir a bheith an-éagsúil, ó Python, arb é an rogha is fearr le go leor, trí Ruby, Java, Perl, BASIC, agus fiú C #.

Go hoifigiúil, cuireann an Sú craobh Pí ar fáil duit go leor áiseanna chun do GPIOnna a chlárú, mar shampla:

• Scratch, dóibh siúd nach bhfuil a fhios acu conas clár a dhéanamh agus atá ag iarraidh bloic bhfreagra an tionscadail seo a úsáid ar féidir Arduino a chlárú leo, srl. Tá ríomhchlárú le bloic ghrafacha iomasach go leor agus an-phraiticiúil do réimse an oideachais.
• Python: Ligeann an teanga ríomhchláraithe ateangaireachta simplí seo duit cóid shimplí chumhachtacha a chruthú, agus an iliomad leabharlann ar fáil duit chun beagnach gach rud a shamhlaíonn tú a dhéanamh.
• C / C ++ / C #: is teangacha cláir níos cumhachtaí iad chun binaries a chruthú le hidirghníomhú leo leis na GPIOnna. Is féidir leat é a dhéanamh ar bhealaí éagsúla, agus an fhoirm chaighdeánach nó an comhéadan eithne á úsáid agat tríd an leabharlannlibgpiod, ach freisin trí leabharlann tríú páirtí mar pygium.
• Próiseáil3, cosúil leis an Arduino.

Roghnaigh go solúbtha an ceann is mó a thaitníonn leat nó a shíleann tú atá simplí.