GPIO trên Raspberry Pi: Nó là gì, dùng để làm gì và có tác dụng gì trong chiếc máy tính mini này?

Phát triển dự án là một trong những lý do tồn tại của bất kỳ tổ chức nào. Raspberry Pi. Nhưng để đưa chúng vào thực tiễn, Các chân GPIO trên thiết bị này cần được sử dụng hiệu quả.Mỗi mẫu máy đều có các kết nối với những đặc điểm khác nhau, và để tận dụng tối đa chúng, điều cần thiết là phải hiểu rõ về chúng.

Sự thành công trong việc sử dụng ghim GPIO đang ở Tìm hiểu cách thức hoạt động của hệ thống lập trình. và kết nối các linh kiện đúng cách để không gây hư hại cho bo mạch.

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ đi sâu vào chi tiết về các khía cạnh khác nhau liên quan đến những chiếc ghim này. Xem xét các chức năng mà chúng thực hiện trong các mô hình Raspberry Pi. Chúng tôi cũng sẽ đề xuất các dự án có thể được phát triển trên các máy tính bo mạch đơn này.

GPIO trên Raspberry Pi là gì và các chân này được dùng để làm gì trên bo mạch PC mini của tôi?

Từ viết tắt GPIO đề cập đến "General Purpose Input/Output" (Đầu vào/Đầu ra đa năng). Hay nói cách khác, điều này tương đương với các chân đầu vào và đầu ra đa năng. Sau khi được cấu hình đúng cách, các chân này sẵn sàng thực hiện nhiều chức năng khác nhau, chứ không chỉ một chức năng cụ thể. Điều này áp dụng cho tất cả các mẫu Raspberry Pi. Chúng được tổ chức và phân phối theo cùng một cách..

Các chân kết nối được điều chỉnh phù hợp với nhu cầu của từng dự án thông qua ngôn ngữ lập trình. Chúng được sử dụng để điều khiển các mạch điện tử, dễ dàng thêm các thiết bị ngoại vi và thiết lập giao tiếp giữa các thiết bị ngoại vi này với bo mạch. Nói tóm lại, Điều này giúp việc tích hợp các bo mạch với các linh kiện bên ngoài trở nên đơn giản hơn.

Các chân GPIO của Raspberry Pi có chức năng chính nào tùy thuộc vào từng model?

Số lượng chân kết nối trên Raspberry Pi đã tăng lên kể từ đó. Từ phiên bản đầu tiên có 26, đến phiên bản hiện tại có 40.Tạo ra nhiều lựa chọn hơn khi thiết kế dự án. Điều tốt là, bất kể phiên bản nào, chúng đều tương thích với mọi dự án. Các chân cắm Chúng được bố trí thành một hàng ở phía ngoài cùng bên phải của đĩa. Và vì chúng không được tích hợp sẵn, nên chúng mang lại sự linh hoạt để sử dụng bất kỳ kết nối nào cần thiết cho dự án.

Một số chức năng mà chúng có thể thực hiện bao gồm:

• Kết nối thiết bị bên ngoài.
• Nhận tín hiệu điện áp Nhận tin nhắn đến được gửi bởi thiết bị được kết nối và xác định xem giá trị đó là cao hay thấp dựa trên kết quả đọc.
• Gửi tín hiệu của điện áp.
• Kết nối UART Dành cho các cổng và thiết bị nối tiếp.
• Mô-đun độ rộng xung.
• Kết nối GND hoặc đất đai.
• Giao tiếp cho Giao thức SPI để đồng bộ hóa dữ liệu.

Tiện ích chân GPIO: Tôi có thể kết nối và lập trình những gì với chúng trên Raspberry Pi?

Số lượng thiết bị ngoại vi được kết nối với bo mạch phụ thuộc phần lớn vào dự án đang được phát triển. Trong một số trường hợp, cần nhiều linh kiện hơn so với các trường hợp khác, nhưng Khả năng của mỗi máy vi tính luôn khiến người ta kinh ngạc. Mỗi dự án đều đi kèm với hướng dẫn rõ ràng và cụ thể. Cần xác định vị trí kết nối sao cho người dùng có thể hiểu được quy trình này bất kể trình độ kiến ​​thức của họ.

Về các kết nối, chúng ta cần lưu ý rằng các thiết bị sau đây có thể được lắp đặt trên các chân cắm:

• Suministro de energygía 3.3V và 5V.
• Đầu vào và đầu ra kỹ thuật số Dùng để kết nối các công tắc và cảm biến đơn giản.
• Thiết bị SPI Tốc độ cao.
• Các thành phần I2C cho phép giao tiếp giữa các chip được kết nối.

Mặt khác, xét về mặt lập trình, với hệ điều hành Anh ấy là Họ có thể gán nhiều chức năng khác nhau cho các chân GPIO.Bởi vì bo mạch Pi được thiết kế để hoạt động với lập trình vật lý.

Trong số các tác vụ có thể lên lịch, chúng ta có:

• Lập trình điện áp của các lối vào và lối ra.
• Tự động hóa điều chế độ rộng xung, bộ phận điều khiển năng lượng được truyền đến tải.
• Thông tin truyền tải giữa các mạch tích hợp trên bo mạch.
• Thông tin liên lạc giữa các mạch tích hợp và bộ điều khiển.
• Và giao tiếp giữa chân phát và chân nhận.

GPIO so với các chân Arduino: Sự khác biệt giữa các linh kiện điện tử này là gì?

Thoạt nhìn, chúng ta có thể nói rằng Chúng là hai chiếc đĩa rất giống nhau.Với cả hai công cụ, bạn có thể tạo ra nhiều dự án khác nhau.

Tuy nhiên, sự khác biệt bắt đầu xuất hiện khi chúng ta xem xét kỹ hơn từng chi tiết của mỗi loại:

• Phần mềm miễn phí: Đối với Arduino, bất kỳ ai cũng có thể tạo ra các phiên bản bo mạch của riêng mình vì phần mềm là mã nguồn mở, trong khi với Raspberry Pi, họ có quyền kiểm soát việc tạo ra và sản xuất.
• véMột trong những điểm mạnh của Arduino là sự kết hợp giữa đầu vào analog và digital, dễ dàng được kích hoạt và vô hiệu hóa bởi hệ thống của nó. Mặt khác, Raspberry Pi được thiết kế như một máy tính, có sức mạnh tính toán lớn hơn và các tính năng mới được bổ sung trong mỗi phiên bản.
• ConectividadNếu nói về các phương thức kết nối, Raspberry Pi tích hợp sẵn Wi-Fi và Ethernet, trong khi Arduino yêu cầu phải thêm một bo mạch mới, điều này làm tăng chi phí và hạn chế số lượng cổng.
• hệ thống: Arduino thực thi các tác vụ được lập trình trực tiếp, trong khi Raspberry Pi yêu cầu một hệ điều hành đầy đủ chức năng và mất nhiều thời gian hơn để khởi động. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến việc phát triển một số dự án điện tử, vì cần nhiều thời gian hơn để thực thi các chức năng, kích hoạt cổng và chạy chương trình.
• Arduino Đây là một vi điều khiển dễ sử dụng, chạy các ứng dụng nhỏ điều khiển các thiết bị cơ bản và lý tưởng cho bất kỳ dự án điện tử nào. Raspberry Pi được tạo ra chủ yếu như một máy tính, lý tưởng để chạy chương trình, hoạt động như một máy chủ và cho các dự án yêu cầu độ phức tạp cao hơn và khả năng đa nhiệm.

Tuy nhiên, Cả hai ứng dụng này đều được các nhà phát triển dự án trên toàn thế giới sử dụng.có tính đến các đặc điểm và tính chất riêng biệt của nó.

Lập trình các chân GPIO của Raspberry Pi: Ngôn ngữ lập trình nào được sử dụng để lập trình các dự án khác nhau?

Có được Kỹ năng lập trình là cần thiết khi làm việc trong lĩnh vực phát triển các dự án điện tử. May mắn thay, đối với Raspberry Pi Có một số công cụ đơn giản giúp bạn lên lịch các công việc.

Dưới đây là bốn ngôn ngữ lập trình bạn có thể sử dụng:

Scratch

Ngôn ngữ này cho phép Học lập trình mà không cần phải là chuyên gia về mã lập trình. Mặc dù bạn có thể sử dụng phiên bản trực tuyến, nhưng tốt hơn hết là nên sử dụng phiên bản cài đặt để không bỏ lỡ những ưu điểm của nó. GPIO.

Do đó, sau khi tải xuống và cài đặt chương trình, bạn sử dụng nó theo cách sau:

• Truy cập vào menu của Raspberry Pi, nhấp vào “Lập trình"và sau đó bạn chọn"Scratch".
• Ứng dụng sẽ mở ở đó, và một lời khuyên hữu ích là... đặt ngôn ngữ.
• Trong menu khối, chọn tùy chọn “Thêm phần mở rộng"để sử dụng các ghim GPIO.
• lựa chọn tùy chọn “PI GPIO” và nhấn vào phía bên phải "Đồng ý".
• Với các tùy chọn này hiện đã được kích hoạtBạn có thể thêm một chân đầu vào/đầu ra với các tùy chọn sau: kích hoạt nó y vô hiệu hóa nó. Hơn nữa, đội ngũ này sẵn sàng thực hiện bất kỳ nhiệm vụ nào được giao..

Python

Ngôn ngữ này là một trong những ngôn ngữ được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới cho mục đích Tạo ứng dụng và tự động hóa các hoạt động. Quan điểm cốt lõi là bất kỳ ai có kiến ​​thức lập trình cơ bản đều có thể sử dụng nó và hưởng lợi từ những ưu điểm của nó. Cần lưu ý rằng Nó được cài đặt sẵn trên hệ điều hành Raspberry Pi OS. Đó là một lợi thế vì bạn sẽ không cần phải cài đặt thêm bất cứ thứ gì.

Để sử dụng, hãy làm theo các bước sau:

• Bên trong thiết bị, chúng ta vào phần "Menu - Lập trình".
• Khi nó hiển thị cho chúng ta các tùy chọn, Hãy chọn phiên bản bạn muốn sử dụng..
• Các "Tab Shell Python"Kể từ thời điểm đó, chúng ta sẽ có thể viết và thực thi các lệnh, đồng thời xem kết quả ngay lập tức.
• Mỗi khi biểu tượng ">>>" xuất hiện Nó cho phép chúng ta nhập lệnh.

C/C++/C#

Ngôn ngữ lập trình C được sử dụng để tạo ra các hệ thống và cả các ứng dụng.Nó có thể được xếp vào loại tầm trung, mặc dù cũng có những tính năng của loại cấp thấp. Về phần mình, C++ là một ngôn ngữ lai. và đa mô hình trong đó các khía cạnh của lập trình tổng quát đã được bổ sung. Cuối cùng, C# được phát triển từ hai ngôn ngữ trước đó.Nó có một số điểm tương đồng với Java nhưng được cải tiến hơn. Nó được thiết kế để tạo ra các chương trình dựa trên chính nó.

Xử lý3

Ngôn ngữ này được phát triển dựa trên Java và Nó rất hữu ích cho việc sản xuất các yếu tố đa phương tiện kỹ thuật số. Đến từ mã nguồn mở Và nó rất dễ sử dụng.

Danh sách các dự án tốt nhất bạn có thể thực hiện với các chân GPIO của Raspberry Pi.

Đã đến lúc đổi mới và sáng tạo. Chúng tôi đã chọn ra ba dự án thú vị được chia sẻ và bất kỳ ai cũng có thể phát triển. Nó áp dụng cho cả người dùng thành thạo và trẻ em có ít kiến ​​thức lập trình. Điều cần thiết nhất là mong muốn học hỏi.

Hãy đọc kỹ nội dung các dự án:

Đèn giao thông đơn giản

Chúng ta sẽ lập trình một đèn giao thông thông thường. sử dụng ứng dụng Python, Như tôi đã đề cập ở trên, nó được cài đặt sẵn trên Raspberry Pi.

Các bước như sau:

• Các cửa hàng sách nhập khẩu sử dụng
• Sau Chúng tôi khai báo loại chân cắm.
• Chúng tôi đã tạo ra một vòng lặp, sau đó vô hiệu hóa và kích hoạt lại nó. các chân được kết nối với Đèn LED. Cuối cùng, chúng tôi đã chế tạo đèn giao thông dựa trên nguyên mẫu và kết nối nó với bo mạch.

Các vật liệu cần thiết cho thao tác này như sau:

• 4 ống dẫn.
• 3 điện trở.
• 3 điốt LED.
• 1 bảng mạch thử nghiệm.

Đèn LED

Dự án đơn giản này dựa trên Tạo một mạch điện nhỏ với một vài đèn LED và điều khiển một trong số chúng bằng dòng lệnh. Chúng tôi sử dụng Raspberry Pi. Đèn này sẽ nhấp nháy mỗi giây một lần.

Để đạt được điều này, chúng ta phải thực hiện các bước sau:

• Mở Python và tạo một tệp mới. để lưu mã lập trình.
• Trong tiền tuyếnĐiều đó rất quan trọng Thư viện chân GPIO Điều đó sẽ cho phép chúng ta nắm quyền kiểm soát.
• Sau đó Chúng ta lựa chọn phương pháp để truy cập mã PIN.Cho dù thông qua bo mạch hay chip. Sau khi quyết định, chúng ta sẽ khởi tạo chân và điều khiển nó bằng các tùy chọn. ĐÚNG VẬY o "SAI".
• Cuối cùng Một tab sẽ hiển thị cho chúng ta chương trình cuối cùng. và chúng tôi cho "Giữ".

Để đạt được mục tiêu này, chúng ta cần chuẩn bị sẵn những vật dụng sau:

• 1 điện trở 100Ω.
• 2 ống dẫn.
• 1 bảng mạch thử nghiệm.
• 1 điốt LED (5mm).

Hệ thống an ninh

Việc lập trình bo mạch Raspberry Pi của bạn không hề phức tạp. Hệ thống này sẽ quét môi trường xung quanh nhà bạn và gửi thông báo đến điện thoại của bạn. Nó cũng sẽ thông báo cho bạn khi bị ngắt kết nối vì bất kỳ lý do nào. Nền tảng của dự án này là một Mâm xôi Pi 3.