一块儿玩转树莓派（2）——从双色LED灯开始

一块儿玩转树莓派（2）——从双色LED灯开始

双色LED灯实验是入门树莓派GPIO外设编程的最简单的实验项目，咱们也以其投石问路，来进入树莓派的编程世界。

1、从了解GPIO开始

GPIO全称General-purpose input/output，即通用型输入输出，其引脚可以供使用者自由的进行使用，能够对其进行输入，也能够读取其数据进行数据输出，这些引脚的输入或输出都会关联到某个寄存器，寄存器的值控制引脚的电平高低。

以笔者使用树莓派3B+为例，其有40个GPIO引脚，在开始编程以前，咱们首先要搞清楚每一个引脚的功能意义，从树莓派官网的文档中能够找到GPIO引脚的功能介绍，以下图所示：

咱们并不须要对树莓派的GPIO引脚作深刻的记忆，只须要记住当正面摆放树莓派时，其最左上角的一个引脚对应的是5V电压的功能，以后对照此图便可肯定每个引脚的功能。后面咱们会经过GPIO扩展板加面包板的方式来使用这些引脚，扩展板上默认会标注一些引脚功能，咱们使用起来会更加方便。

笔者使用的扩展板引脚标注示以下：

使用排线将其与树莓派正向链接，以下图所示：

能够看到扩展板上的引脚标注与树莓派自己的引脚排布并不一致，下面我会给你们介绍如何定位到要使用的引脚。

2、关于GPIO引脚编码

经常使用的GPIO引脚编码有3种。

咱们也能够在树莓派的终端输入以下指令查看GPIO引脚功能：

pinout

输出效果以下图所示：

须要注意，上图中的GPIO使用的是逻辑编码，从1开始，实际上BCM编码并非从1开始的。

第1种：BOARD物理编码

物理编码比较好理解，也很直观，其就是根据树莓派上40个引脚的位置进行排序编码，如博客中第一张图所示，正向放置树莓派时，第2排的第1个引脚编号为1，第1排第1个引脚编号为2，依次类推。后面在编写代码时，咱们使用的编码方式也是这种。

第2种：BCM编码

BCM编码是一种更底层的编码方式，与系统中信道编号相对应。在使用一个引脚时，若是使用BCM编码，首先须要查找信道号和物理引脚编号之间的对应规则。对于不一样的树莓派版本，可能没法兼容。下图很好的描述了几种编码的信息：

上面咱们扩展板上GPIO引脚的标注，实际上使用的就是BCM编码，这也就是说，若是咱们要使用树莓派GPIO2和GPIO3两个功能引脚，指定的是物理引脚须要是13和15。直接将线链接到扩展板的G22和G27一行便可，很是直观。

第3种：WiringPi编码

WiringPi编码对应的引脚号是在wiringPI库中所使用的，网上很容易找到其编码的相关资料，本系列博客咱们不会使用到这个编码，这里再也不赘述。

如今，咱们总结一下如何使用GPIO引脚。

• 首先在上图中找到本身要使用的功能引脚，如GOIP.2和GPIO.3两个功能引脚。
• 以后找到其对应的物理引脚，即13和15。
• 若是不使用扩展板，则直接接线物理引脚，若是要使用，则找到其对应的BCM编码，27和22。
• 使用扩展板上的G27和G22引脚插槽。

3、了解双色LED灯并接线

双色LED灯构造很是简单，顾名思义，其能够发出两种颜色的光，其内部封装了两个发光二极管。双色LED分为共阴型和共阳型，两个发光二极管共有3个引脚，所以其中一个引脚是共用的。对于共阴型的，两个发光二极管的阴极连在一块儿。对于共阳型的，两个二极管的阳极连在一块儿。咱们此次使用的将是共阴极的双色LED灯，以下图所示：

其内部工做原理电路图以下，也很是好理解：

如上图所示，能够看到两个二极管的阴极是共用，咱们将其公共引脚接地便可，两个阳极是由两个开关控制，即LED等芯片上的另外两个引脚，咱们只须要经过GPIO控制将对应的引脚加高电平，便可将二极管点亮。

开始接线

咱们已经了解了双色LED等的工做原理，其有3个引脚，咱们将引脚“-”接地，S端的引脚接扩展板G22用来控制红灯，中间的引脚接G27用来控制绿灯。接线状况以下图所示：

如今，准备工做大功告成，开始咱们的编码工做吧。

4、编写红绿灯控制程序

目前为止，咱们已经作了足够多的准备工做，你必定已经火烧眉毛的想要开始编码了，咱们先把完整的代码奉上：

#coding:utf-8

# 导入UI模块
import tkinter as Tkinter
# 导入GPIO控制薄块
import RPi.GPIO as GPIO
# 定时器模块
import threading

# 主页面设置
top = Tkinter.Tk()
top.geometry('500x300')
top.title("双色LED灯控制器")
l = Tkinter.Label(top, text='欢迎使用双色LED灯控制器', bg='green', font=('Arial', 18), width=30, height=2)
l.pack()

# 定义引脚
pins = {0:13,1:15}
# 设置使用的引脚编码模式
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# 设置隐藏警告
GPIO.setwarnings(False)
# 初始化物理引脚 13 和 15
GPIO.setup(pins[0],GPIO.OUT)
GPIO.setup(pins[1],GPIO.OUT)

# 定义全局字段 用来处理闪烁功能
# f:是否闪烁  l:下次点亮红灯或绿灯
f = False
l = False

# 控制红灯亮
def redClick():
    global f
    f = False
    GPIO.output(pins[0],GPIO.HIGH)
    GPIO.output(pins[1],GPIO.LOW)

# 控制绿灯亮
def greenClick():
    global f
    f = False
    GPIO.output(pins[0],GPIO.LOW)
    GPIO.output(pins[1],GPIO.HIGH)

# 退出程序
def stopClick():
    global f
    f = False
    GPIO.output(pins[0],GPIO.LOW)
    GPIO.output(pins[1],GPIO.LOW)
    GPIO.cleanup()
    exit()

# 循环闪烁
def loop():
    global f
    global timer
    global l
    if f == False:
        return
    timer = threading.Timer(2,loop)
    timer.start()
    if l:
        GPIO.output(pins[0],GPIO.HIGH)
        GPIO.output(pins[1],GPIO.LOW)
    else:
        GPIO.output(pins[0],GPIO.LOW)
        GPIO.output(pins[1],GPIO.HIGH)
    # 转换下次闪烁的颜色
    l = not l

# 定义全局定时器
timer = threading.Timer(2, loop)

# 开始进行闪烁
def flckerClick():
    global f
    global timer
    f = True
    timer = threading.Timer(2,loop)
    timer.start()

# UI上的按钮布局
redButton = Tkinter.Button(top, text="红灯停", height='3', command=redClick)
redButton.pack()

greenButton = Tkinter.Button(top, text="绿灯行", height='3', command=greenClick)
greenButton.pack()

flckerButton = Tkinter.Button(top, text="闪烁请注意", height='3', command=flckerClick)
flckerButton.pack()

stopButton = Tkinter.Button(top, text="关闭", height='3', command=stopClick)
stopButton.pack()
# 进入消息循环
top.mainloop()

在树莓派上运行上面的代码，你如今应该已经能够灵活的控制双色LED灯的开关和闪烁了，以下图所示：

舒适提示：若是你使用的是Python3.x版本，可能须要用以下的方式引入tkinter：

import Tkinter as Tkinter

Tkinter是Python内置的一个UI框架，咱们这里不作过多介绍，咱们将重点放在RPi.GPIO模块的使用。

RPi.GPIO可以帮助咱们方便的控制树莓派的GPIO引脚。在进行树莓派编程时，若是使用GPIO库，首先须要设置要使用的编码方式：

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

GPIO.BOARD将设置使用物理编码模式，GPIO.BCM将设置使用BCM编码模式。

在使用某个引脚以前，咱们须要对其进行初始化，初始化时，能够将引脚设置成GPIO.OUT也能够设置为GPIO.IN，OUT表示咱们要将其做为输出引脚使用，IN表示咱们要将其做为输入引脚使用。

最后，当咱们中止使用时，要记得调用以下方法进行资源清理：

GPIO.cleanup(channel)

5、休息一下

好了，第一个简单的树莓派实践到此要告一段落了，我相信你必定有些收获，发挥你的创新与动手能力，尝试用树莓派作更多有趣的事情吧。

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