背景故事

树莓派主板集成了丰富的IO口，可以用于输入输出，通信等功能，常常用于物联网控制、传感器数据交互等方面，这里我们讲解一下怎么使用IO口作为输入输出，并控制一些简单的电路。

硬件准备

1. 树莓派主板（这里以3B为例）
2. 基础电路1搭建：面包板流水灯电路
   

软件准备

1. 确保树莓派系统为官方系统，系统安装可以参考我的其他教程。非官方系统安装方式因系统而异，不在本篇讨论。
2. 安装pigpio库
   pigpio是一个由C语言编写的库函数，并提供Python接口。
   安装指令如下：

sudo apt-get install pigpio python-pigpio python3-pigpio

3. pigpio库的基本介绍
   根据官方文档上的介绍，这个库主要特性有(翻译自官方文档，可能有错漏)：

• 能够同时在31个GPIO口进行精确至5微秒的硬件定时采样
• 能够同时在31个GPIO口产生硬件定时PWM
• 能够同时在31个GPIO口产生硬件定时伺服脉冲
• 同时监听31个GPIO口，电平更改时进行回调（精确到几个微秒）
• 同时监听31个GPIO口，电平更改时通过管道发送通知 可以在规定的时间间隔内进行回调
• 可以同时读取/写入存储区中的所有GPIO（0-31,32-53）
• 可以实现对GPIO状态的读，写模式和内部拉动 提供套接字和管道接口
• 可以用于生成GPIO电平变化的波形（精确到几个微秒）
• 可以使用任何用户的GPIO的软件串行链接 通过套接字和管道接口进行基本权限控制

4. 安装完检查
   4.1 输入如下指令：

dpkg -l|grep pigpio

返回结果如下：

4.2 输入 sudo pigpiod 检查能否启动gpio守护进程
正常启动后不会有任何返回，也不会报错，仿佛不存在一样，返回结果如下：

此时可通过查看进程来确定是否运行，输入如下指令：

ps -ef|grep pigpio

返回结果如下：

我这个遇到一个端口占用问题，返回结果如下：

通过查看端口和进程ID，查询到有个jupyter-lab软件也使用了8888端口，修改该软件的默认端口，或者关闭该进程即可恢复正常。

关于如何通过端口查看进程，可以参考我的这篇文章：中级篇——Linux下通过进程名、ID、端口号查看进程信息

编写简易流水灯程序

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

""" gpio 控制简易流水灯实验
 1. 4个led从左流到右，又从右到左，循环往复
 """
__date__ = "2021/9/5"
__version__ = "1.1.0"

from time import sleep
import pigpio


# 定义编号1到4流水灯的GPIO引脚
LED1 = 4
LED2 = 17
LED3 = 27
LED4 = 22


def delay():
    sleep(0.5)

def main():
    pi = pigpio.pi()

    # IO初始化
    pi.set_mode(LED1, pigpio.OUTPUT)  # 设置为推挽输出
    pi.set_mode(LED2, pigpio.OUTPUT)  # 设置为推挽输出
    pi.set_mode(LED3, pigpio.OUTPUT)  # 设置为推挽输出
    pi.set_mode(LED4, pigpio.OUTPUT)  # 设置为推挽输出

    # 简易流水灯
    while True:
        pi.write(LED1, 1)
        pi.write(LED2, 0)
        pi.write(LED3, 0)
        pi.write(LED4, 0)
        delay()
        pi.write(LED1, 0)
        pi.write(LED2, 1)
        pi.write(LED3, 0)
        pi.write(LED4, 0)
        delay()
        pi.write(LED1, 0)
        pi.write(LED2, 0)
        pi.write(LED3, 1)
        pi.write(LED4, 0)
        delay()
        pi.write(LED1, 0)
        pi.write(LED2, 0)
        pi.write(LED3, 0)
        pi.write(LED4, 1)
        delay()
        pi.write(LED1, 0)
        pi.write(LED2, 0)
        pi.write(LED3, 1)
        pi.write(LED4, 0)
        delay()
        pi.write(LED1, 0)
        pi.write(LED2, 1)
        pi.write(LED3, 0)
        pi.write(LED4, 0)
        delay()


if __name__ == '__main__':
    # 版本控制
    print("当前版本： ", __version__)
    main()

代码解读

1. 注意需要先设置推挽输出，增加输出能力。
2. 单独定义灯的编号，方便随时修改，单独定义延时，也是为了方便后期修改
3. 注意LED编号是下图圈住的数字，不要弄错了
   

效果展示

绿灯为电源指示灯

拓展示例：PWM输出

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

""" gpio 控制简易流水灯实验
 1. gpio产生PWM波
 2. 控制一个LED呼吸渐变
 """
__date__ = "2021/9/5"
__version__ = "1.1.0"

from time import sleep
import pigpio


# 定义编号1到4流水灯的GPIO引脚
LED1 = 4
# 定义占空比变量
PWM = 0


def delay():
    sleep(0.025)


def main():
    global PWM, LED1
    pi = pigpio.pi()

    # IO初始化
    pi.set_mode(LED1, pigpio.OUTPUT)    # 设置为推挽输出
    pi.set_PWM_frequency(LED1, 1000)    # 设定14号引脚产生的pwm波形的频率为1000Hz，方便录像，减少频闪
    pi.set_PWM_range(LED1, 2000)        # 指定要把14号引脚上的一个pwm周期分成多少份，这里是分成2000份，这个数据的范围是25-40000
    pi.set_PWM_dutycycle(LED1, 150)     # 指定pwm波形的占空比，这里的占空比为150/2000,2000是上一个函数设定的

    flag_dir = 1            # 呼吸灯渐变方向，默认为1，增加，当变为0时，数值减小
    # 简易呼吸灯
    while True:
        if flag_dir == 1:
            PWM += 10
            if PWM >= 1000:
                flag_dir = 0
        else:
            PWM -= 10
            if PWM <= 0:
                flag_dir = 1
        pi.set_PWM_dutycycle(LED1, PWM)
        delay()

if __name__ == '__main__':
    # 版本控制
    print("当前版本： ", __version__)
    main()

呼吸灯效果展示

祝大家玩的愉快！

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