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Der Raspberry Pi ist ein billiger und winziger Computer, der eine Vielzahl von Aufgaben bewältigen kann, einschließlich Retro-Spiele und sei ein Home Media Center . Der Pi hat auch einen starken Fokus auf Bildung, sowohl mit Scratch als auch mit Minecraft Pi-Edition die darauf ausgerichtet sind, jungen Menschen beim Erlernen des Programmierens zu helfen, und die GPIO-Pins ( Ein-/Ausgabe für allgemeine Zwecke ) eröffnen eine ganze Welt des elektronischen Bastelns und Erfindens.
Was sind Raspberry Pi GPIO-Pins?
In diesem Artikel erfahren Sie alles, was Sie über die GPIO-Pins des Pi wissen müssen: was sie können, wie man sie verwendet und Fehler, die Sie bei der Verwendung vermeiden sollten.
Eine Anmerkung bevor wir beginnen: Verschiedene Revisionen des Pi können mit ihren Pins variieren! Bevor Sie etwas an Ihrem Board anbringen, stellen Sie sicher, dass Sie die richtigen verwenden. Eine schnelle Möglichkeit, dies zu überprüfen, ist die Eingabe Pinbelegung in das Terminal Ihres Raspberry Pi, das ein Diagramm Ihres aktuellen Setups anzeigt.
Die GPIO-Pins sind in die Platine des Computers integriert. Ihr Verhalten kann vom Benutzer gesteuert werden, um Daten von Sensoren auszulesen und Komponenten wie LEDs, Motoren und Displays zu steuern. Ältere Modelle des Pi hatten 26 GPIO-Pins, während die neueren Modelle alle 40 haben. Dieses Diagramm zeigt, was jeder Pin tut:
Im oben beschrifteten Diagramm sehen Sie, dass es verschiedene Arten von GPIO-Pins gibt, die unterschiedlichen Zwecken dienen. Eine interaktive Version dieses Diagramms finden Sie unter pinout.xyz Es skizziert auch eines der ersten verwirrenden Dinge, mit denen Sie sich auseinandersetzen müssen. An jedem Pin sind zwei Zahlen angebracht. Es ist PLANKE Zahl (die Zahlen im Kreis) und seine BCM (Broadcom SOC-Kanal) Nummer. Sie können auswählen, welche Konvention Sie beim Schreiben Ihres Python-Codes verwenden möchten:
# 1 - GPIO/BCM Numbering
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# 2 - Board Numbering
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
Sie können in jedem Projekt nur eine Konvention verwenden, also wählen Sie eine aus und halten Sie sich daran. Keine der Konventionen ist „richtig“, also wählen Sie die, die für Sie am sinnvollsten ist. Es ist jedoch erwähnenswert, dass bestimmte Peripheriegeräte auf GPIO/BCM-Nummerierung angewiesen sind.
Für diesen Artikel bleiben wir dabei PLANKE Nummerierung. Was machen die Pins eigentlich?
Power-Pins
Beginnen wir mit den Power-Pins. Der Raspberry Pi kann sowohl 5 V (Pins 2 und 4) als auch 3,3 V (Pins 1 und 17) liefern. Es bietet auch eine Boden (GND) für Stromkreise an den Pins 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34 und 39.
Leider gibt es keine einzige Antwort darauf, wie viel Strom die 5-V-Stromstifte ziehen können, da dies davon abhängt, welches Netzteil Sie verwenden und welche anderen Komponenten Sie an Ihrem Pi angeschlossen haben. Der Raspberry Pi 3 zieht nur 2,5 A aus seiner Stromversorgung und benötigt etwa 750 mA für den Start und den normalen Headless-Betrieb. Dies bedeutet, dass bei Verwendung eines 2,5-A-Netzteils die 5-V-Pins einen Gesamtstrom von maximal etwa 1,7 A liefern können. Ärgerlicherweise variiert dies jedoch zwischen den Modellen von Pi, wie diese Tabelle zeigt:
Bildnachweis: raspberrypi.org
Für die meisten Benutzer, die gerade erst mit dem Pi beginnen, wird dies kein Problem sein, aber es ist etwas zu beachten, wenn Sie mehr Zeit mit den GPIO-Pins verbringen.
Die 3,3-V-Pins sind etwas einfacher, wobei die neuesten Raspberry Pi-Revisionen (ab Modell B+) bis zu 500mA insgesamt, und ältere Modelle bieten nur 50mA . Beachten Sie, dass dieser Strom auch von allen anderen GPIO-Pins geteilt wird!
Diese Pins können also Ihre Komponenten mit Strom versorgen, aber das ist alles, was sie tun. Der wirkliche Spaß kommt von den restlichen Pins.
Standard-GPIO
In der obigen Tabelle werden Sie, wenn Sie die Power-Pins ignorieren, sehen, dass einige in verschiedenen Farben markiert sind. Die grünen Pins sind Standard-GPIO-Pins, und diese werden Sie für die meisten Anfängerprojekte verwenden. Diese Pins sind in der Lage 3,3 V Ausgang , auch als Setzen des Pins bezeichnet HOCH in Code. Wenn ein Ausgangspin NIEDRIG Dies bedeutet, dass es einfach 0 V bereitstellt.
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Sie sind auch in der Lage, eine Eingang von bis zu 3,3 V, die der Pin liest als HOCH .
Versorgen Sie die Pins nicht mit mehr als 3,3 V: Dies ist eine schnelle Möglichkeit, Ihren Pi zu braten!
Eine großartige Anleitung für die ersten Schritte mit der Verwendung der GPIO-Pins in einem einfachen Projekt finden Sie in unserem Erste Schritte mit dem Raspberry Pi GPIO-Projekt .
Während wir in diesem Artikel einige der Pins mit speziellen Anwendungen behandeln, können Sie alle Pins verwenden außer den Power-Pins und den Pins 27 und 28 als normale GPIO-Pins.
PWM
PWM (Pulsweitenmodulation) wird mit Komponenten wie Motoren, Servos und LEDs verwendet, indem kurze Impulse gesendet werden, um zu steuern, wie viel Leistung sie erhalten. Wir haben es mit einem Arduino in unserem verwendet Ultimativer Leitfaden für LED-Streifen-Tutorial .
PWM ist auch auf dem Pi möglich. Pin 12 (GPIO 18) und Pin 35 (GPIO 35) sind Hardware-PWM-fähig, obwohl der Pi auch Software-PWM über Bibliotheken wie z billig .
Für eine Einführung in den für PWM erforderlichen Code ist dies einfach Tutorial zur LED-Helligkeit soll dir weiterhelfen.
UART
Pins 8 und 10 (GPIO 14 und 15) sind UART-Pins, die für die Kommunikation mit dem Pi über den seriellen Port entwickelt wurden. Es gibt bestimmte Situationen, in denen Sie dies möglicherweise tun möchten, aber für die meisten Anfänger, die sich mit Ihrem Pi . verbinden kopflos über SSH oder mit einem VNC wird wohl einfacher sein.
Wenn Sie an einer detaillierten Ansicht der Funktionsweise der seriellen Pins interessiert sind, das ist eine tolle grundierung .
SPI
SPI (Serial Peripheral Interface Bus) ist eine Methode zur Kommunikation mit Geräten wie dem RFID-Lesegerät, das wir in unserem DIY Smart Lock mit Arduino und RFID-Projekt verwendet haben.
Es ermöglicht Geräten, synchron mit dem Raspberry Pi zu kommunizieren, was bedeutet, dass viel mehr Daten zwischen den Meister und Sklave Geräte. Wenn Sie jemals a . verwendet haben kleiner Touchscreen für Ihren Pi ist dies die Art und Weise, wie sie kommuniziert haben.
Bildquelle: Gareth Halfacree/ flickr.com
Es gibt verschiedene Geräte und Erweiterungs-HATs für den Raspberry Pi, die SPI verwenden, und es kann Ihre Projekte für viel mehr Hardware öffnen, als die regulären GPIO-Pins unterstützen können. Es erfordert jedoch ziemlich viel Verkabelung, um es zum Laufen zu bringen. Es gibt einen ausführlichen Überblick über SPI auf dem Website der Raspberry Pi Foundation .
Stifte 19, 21, 23, 24, 25 und 26 (GPIO 10, 9, 11, 8, GND und GPIO 26) werden verwendet, um eine Verbindung zu einem SPI-Gerät herzustellen, und sie sind alle für einen reibungslosen Betrieb erforderlich. Eine gute Möglichkeit, all die Spaghetti zu vermeiden, ist der Kauf einer vorgefertigten Erweiterung wie der Sinn HAT , das auf Ihr Board passt und es mit einer LED-Matrix und einer Vielzahl von Sensoren versorgt. Es ist seit mehreren Jahren ein Favorit und war sogar verwendet auf der Internationalen Raumstation einige Experimente machen!
Das SPI-Protokoll ist auf Raspbian nicht standardmäßig aktiviert, kann aber zusammen mit I2C in der raspi-config-Datei aktiviert werden.
I2C
I2C (Inter-Integrated Circuit) ist SPI ähnlich, gilt jedoch allgemein als einfacher einzurichten und zu verwenden. Es kommuniziert asynchron und kann so viele verschiedene Geräte wie nötig unterstützen, vorausgesetzt, sie haben jeweils eindeutige Adressplätze auf dem I2C-Bus. Aufgrund dieses Adressierungssystems benötigt der Pi nur zwei I2C-Pins ---Pin 3 (GPIO 2) und Pin 5 (GPIO 3), was die Verwendung viel einfacher macht als SPI.
Der kleine Footprint von I2C eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten. Mit Standard-GPIO-Pins würde das Einrichten eines LCD-Bildschirms und einiger Tasten fast jeden Pin belegen, wenn ein I2C-Gerät wie das verwendet wird Adafruit Negativer LCD-Controller bringt es auf nur zwei Pins!
Funkenspaß haben a vollständiger Überblick über SPI und I2C zusammen mit Beispielen, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern.
Die Pins 27 und 28 (mit ID_SD und ID_SC gekennzeichnet) sind ebenfalls I2C. Es werden vom Pi für interne Funktionen verwendet, und auch einige HAT-Boards. Als allgemeine Regel sollten Sie sich nicht mit ihnen anlegen, es sei denn, Sie Ja wirklich weiß was du tust!
Raspberry Pi: Ein GPIO-Pin für alles!
Der Raspberry Pi ist das Schweizer Taschenmesser der modernen Computer. Zusammen mit einer großen Menge an toller Alltagsgebrauch , es eröffnet auch jedem die Möglichkeit, eigene coole Kreationen zu machen.
Viele Raspberry Pi Anfängerprojekte Verwenden Sie die in diesem Artikel beschriebenen Protokolle, und ein praktischer Ansatz ist der beste Weg, um zu lernen. Basteln Sie weiter und haben Sie Spaß!
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Ian Buckley lebt als freiberuflicher Journalist, Musiker, Performer und Videoproduzent in Berlin. Wenn er nicht gerade schreibt oder auf der Bühne steht, bastelt er an DIY-Elektronik oder Code, in der Hoffnung, ein verrückter Wissenschaftler zu werden.
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