实例2：树莓派GPIO控制外部LED灯闪烁

实例2：树莓派GPIO控制外部LED灯闪烁

实验目的

1. 通过背景知识学习，了解四足机器人mini pupper搭载的微型控制计算机：树莓派。
2. 通过树莓派GPIO操作的学习，熟悉GPIO的读写控制。
3. 通过外部LED灯的亮灭控制，熟悉树莓派对外界信号的读取与输出。

实验要求

使用Python语言编程，通过树莓派上GPIO的控制，周期性地改变外部LED灯的亮灭状态，使之发生周期为一秒的持续明暗闪烁。

实验知识

1. 什么是树莓派？

树莓派（Raspberry Pi）是英国树莓派基金会开发的低成本微型单板计算机，硬件上配置有SoC (片上系统)，具有 GPU和RAM并支持有线、无线连接方案。值得称道的是，树莓派有着完善的社区与软件支持，这极大地方便了机器人开发初学者的入门学习。
树莓派在具备计算机基本功能的同时，保持着一张卡片的大小，这意味着你可以简单便捷地搭建自己的机器人编程平台，并将这台微型计算机部署在小巧可爱的四足机器狗mini pupper上。

图片1：树莓派4B
参考链接：树莓派

2. 什么是GPIO？

树莓派上有丰富的接口，这些接口使得树莓派能够方便地与外部设备进行通信及控制，例如USB、CAMERA、GPIO等。
其中的GPIO接口，全称为General Purpose Input Output，意为通用型输入输出口，树莓派上的GPIO接口可以用于输入、输出或其他特殊功能。
通过GPIO，可以让树莓派和不同的外部模块组件进行交互，例如按钮、蜂鸣器、舵机等。

图片2：GPIO接口图

3. 树莓派GPIO引脚图

在命令行中查看树莓派GPIO引脚图。

pinout
#    如果你希望学习在命令行中对GPIO口进行更复杂的操作，可查看课程的进阶参考文档中实例2部分

你将会看到
图片3：pinout指令的输出结果
参考链接：树莓派4B引脚图

4. RPi.GPIO库的基本用法

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)    #    初始化GPIO引脚编码方式，需放在代码正式开始处
#    GPIO引脚有多种编码方式，比如BCM、wiringPi、BOARD等,方便起见，课程均采用BOARD编码模式

GPIO.setup(12, GPIO.OUT)    #    初始化GPIO引脚设置，需放在代码正式开始处
GPIO.setup(12, GPIO.IN)    #    12为引脚号 GPIO.IN或者GPIO.OU为输入输出模式

print(GPIO.input(12))    #    GPIO.input查看GPIO输入的电平信号
#    GPIO.HIGH为高电平 ，GPIO.LOW为低电平 也可用于条件判断作其他操作

#    GPIO.output向端口发送高低电平信号
GPIO.output(12, GPIO.HIGH)    #    此处以12号端口为例
GPIO.output(12, GPIO.LOW)

GPIO.cleanup()    #    在使用完GPIO后要作清理，避免后续引脚被占用

参考链接：Python RPi.GPIO库
参考链接：GPIO Input详解

5. mini pupper学习套件-LED模块的使用

mini pupper学习套件中的LED模块自带板载限流电阻，能够保护LED模块。
接线如下：

实验步骤

1.硬件连接

1. 将灯的任一正极（R/G/B/Y）接入树莓派上的PWM端口（例如33号端口）
   树莓派的GPIO中仅有部分为PWM口，你可以通过查看树莓派GPIO的引脚图来确认哪个端口是PWM端。

2. 将灯的GND端接入树莓派上的GND端口（例如34号端口）
   你可以通过查看树莓派GPIO的引脚图来确认哪个端口是GND端。

2. 编写Python程序 led_blink_GPIO.py

#!/usr/bin/python
# coding:utf-8
# led_blink_GPIO.py
# 使树莓派GPIO外接的LED灯的亮灭状态周期性地改变，发生周期为两秒的持续明暗闪烁。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# GPIO初始化
LED = 33
period = 2
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)  # 初始化GPIO引脚编码方式
GPIO.setup(LED, GPIO.OUT)
# 如果你需要忽视引脚复用警告，请调用GPIO.setwarnings(False)
# GPIO.setwarnings(False)
print('预设置完成，开始闪烁，端口为%d，周期为%d秒。' % (LED, period))

while True:
    GPIO.output(LED, GPIO.HIGH)
    time.sleep(period/2)
    GPIO.output(LED, GPIO.LOW)
    time.sleep(period/2)

GPIO.cleanup()

3. 运行程序，观察效果

在led_blink_GPIO.py的目录下执行以下命令：

sudo python led_blink_GPIO.py

此时应观察到树莓派状态指示灯的亮灭状态周期性地改变，发生周期为一秒的持续明暗闪烁。

图片3：gif图片 LED闪烁实验效果

实验总结

经过本知识点的学习和实验操作，你应该能达到以下水平：

版权信息：教材尚未完善，此处预留版权信息处理方式
mini pupper相关内容可访问：https://github.com/mangdangroboticsclub