一起玩转树莓派——从双色LED灯开始

智者不为愚者谋，勇者不为怯者死。这篇文章主要讲述一起玩转树莓派——从双色LED灯开始相关的知识，希望能为你提供帮助。
一起玩转树莓派（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，我们也以其投石问路，来进入树莓派的编程世界。
一、从了解GPIO开始GPIO全称General-purpose input/output，即通用型输入输出，其引脚能够供使用者自由的进行使用，可以对其进行输入，也可以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，在开始编程之前，我们首先要搞清楚每个引脚的功能意义，从树莓派官网的文档中可以找到GPIO引脚的功能介绍，如下图所示：

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我们并不需要对树莓派的GPIO引脚做深入的记忆，只需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，之后对照此图即可确定每一个引脚的功能。后面我们会通过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，我们使用起来会更加方便。
笔者使用的扩展板引脚标注示如下：

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使用排线将其与树莓派正向连接，如下图所示：

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可以看到扩展板上的引脚标注与树莓派本身的引脚排布并不一致，下面我会给大家介绍如何定位到要使用的引脚。
二、关于GPIO引脚编码常用的GPIO引脚编码有3种。
我们也可以在树莓派的终端输入如下指令查看GPIO引脚功能：

pinout

输出效果如下图所示：

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需要注意，上图中的GPIO使用的是逻辑编码，从1开始，实际上BCM编码并不是从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，我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，如果使用BCM编码，首先需要查找信道号和物理引脚编号之间的对应规则。对于不同的树莓派版本，可能无法兼容。下图很好的描述了几种编码的信息：

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上面我们扩展板上GPIO引脚的标注，实际上使用的就是BCM编码，这也就是说，如果我们要使用树莓派GPIO2和GPIO3两个功能引脚，指定的是物理引脚需要是13和15。直接将线连接到扩展板的G22和G27一行即可，非常直观。
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，本系列博客我们不会使用到这个编码，这里不再赘述。
现在，我们总结一下如何使用GPIO引脚。

首先在上图中找到自己要使用的功能引脚，如GOIP.2和GPIO.3两个功能引脚。
之后找到其对应的物理引脚，即13和15。
如果不使用扩展板，则直接接线物理引脚，如果要使用，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。

三、了解双色LED灯并接线双色LED灯构造非常简单，顾名思义，其可以发出两种颜色的光，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，因此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起。对于共阳型的，两个二极管的阳极连在一起。我们这次使用的将是共阴极的双色LED灯，如下图所示：

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其内部工作原理电路图如下，也非常好理解：

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如上图所示，可以看到两个二极管的阴极是共用，我们将其公共引脚接地即可，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，我们只需要通过GPIO控制将对应的引脚加高电平，即可将二极管点亮。
开始接线
我们已经了解了双色LED等的工作原理，其有3个引脚，我们将引脚“-”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。接线情况如下图所示：

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现在，准备工作大功告成，开始我们的编码工作吧。
四、编写红绿灯控制程序目前为止，我们已经做了足够多的准备工作，你一定已经迫不及待的想要开始编码了，我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，你现在应该已经可以灵活的控制双色LED灯的开关和闪烁了，如下图所示：

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温馨提示：如果你使用的是python3.x版本，可能需要用如下的方式引入tkinter：

import Tkinter as Tkinter

Tkinter是Python内置的一个UI框架，我们这里不做过多介绍，我们将重点放在RPi.GPIO模块的使用。
RPi.GPIO能够帮助我们方便的控制树莓派的GPIO引脚。在进行树莓派编程时，如果使用GPIO库，首先需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。
在使用某个引脚之前，我们需要对其进行初始化，初始化时，可以将引脚设置成GPIO.OUT也可以设置为GPIO.IN，OUT表示我们要将其作为输出引脚使用，IN表示我们要将其作为输入引脚使用。
最后，当我们停止使用时，要记得调用如下方法进行资源清理：