树莓派 - GPIO 连接器
在这里，我们将学习树莓派中的 GPIO（通用输入输出）连接器。
GPIO 引脚图
树莓派强大的功能之一就是那一排 GPIO（通用输入输出）引脚，而 GPIO 引脚图则是对这些 GPIO 引脚的交互式参考。
下图显示了一个 40 引脚 GPIO 接头，它存在于所有当前的树莓派电路板上：
该图的来源是 www.raspberrypi.org
电压
从上图可以看出，电路板上有两个 5V 引脚和两个 3.3V 引脚。它还有一些接地引脚 (0V)。所有这些引脚都是不可配置的。
输出
GPIO 引脚可以指定为输出引脚。设置为输出引脚的引脚可以设置为 3.3V（高）或 0V（低）。
输入
GPIO 引脚可以指定为输入引脚。设置为输入引脚的引脚可以读取为 3.3V（高）或 0V（低）。您可以使用内部上拉或下拉电阻。
您可以在上图中看到，GPIO2 和 GPIO3 引脚具有固定的上拉电阻，但对于其他引脚，您可以在软件中进行配置。
替代功能
GPIO 引脚可以与各种替代功能一起使用。其中，有些功能可在所有引脚上使用，而其他功能则仅在特定引脚上使用。
PWM：脉冲宽度调制
软件 PWM 可用于所有引脚，而硬件 PWM 可用于 GPIO12、GPIO13、GPIO18 和 GPIO19。
SPI：串行外围接口
SPI 可用于以下引脚：
SPI0: MOSI (GPIO10); MISO (GPIO9); SCLK (GPIO11); CE0 (GPIO8), CE1 (GPIO7) SPI1: MOSI (GPIO20); MISO (GPIO19); SCLK (GPIO21); CE0 (GPIO18); CE1 (GPIO17); CE2 (GPIO16)
I2C：集成电路间通信
I2C 可用于以下引脚：
Data: (GPIO2); Clock (GPIO3) EEPROM Data: (GPIO0); EEPROM Clock (GPIO1)
串口
串口功能可在以下引脚使用：
TX(GPIO14) RX(GPIO15)
将 GPIO 连接到树莓派
以下是一些简单的规则，可以降低在使用 GPIO 连接器时损坏树莓派电路板的风险：
不要尝试在任何 GPIO 引脚上施加超过 3.3V 的电压。
每个输出不要尝试超过 3mA 的电流。虽然您可以使用更多电流，但为了延长 Pi 电路板的使用寿命，您应限制在 3mA 以内。
树莓派电路板通电时，不要用螺丝刀戳 GPIO 连接器。
5V 电源足以满足您的树莓派。不要尝试提供超过该电压的电源。
不要尝试从 3.3V 供电引脚总共汲取超过 50mA 的电流。
GPIO 引脚的输出
要设置 GPIO 引脚的输出并使用 Python 读取输入值，您需要安装 **RPi.GPIO** python 库。
安装 RPi.GPIO python 库
要安装 RPi.GPIO python 库，请在树莓派的终端窗口中输入以下命令：
sudo apt-get install python-dev sudo apt-get install python-rpi.gpio
几乎所有最新版本的发行版都已预装 RPi.GPIO。在这种情况下，上述命令将将其更新到最新版本。
I2C 设备
让我们检查一下如何使 I2C 与树莓派一起工作。
情况 1：使用 Adafruit Occidentalis 0.2 或更高版本
如果您使用的是 Adafruit Occidentalis，则无需执行任何操作。因为此发行版已预先配置了 I2C 支持。
情况 2：使用 Raspbian
如果您使用的是 Raspbian，则需要进行以下配置更改：
首先，使用以下命令编辑文件 **`/etc/modules`**：
sudo nano /etc/modules
现在，我们需要将以下几行添加到此文件的末尾：
i2c-bcm2708 i2c-dev
接下来，我们需要编辑名为 **`/etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf`** 的文件，并通过添加 `#` 来注释掉以下行：
blacklist i2c-bcm2708 #blacklist i2c-bcm2708
完成后，使用以下命令安装 Python I2C 库：
sudo apt-get install python-smbus
现在，重新启动您的树莓派，它将准备好 I2C。
查找 I2C 地址
有一个 I2C 设备连接到树莓派电脑，您想了解其地址。
为此，我们需要安装 i2c-tools，如下所示：
sudo apt-get install i2c-tools
完成后，将您的 I2C 设备连接到您的树莓派电路板并运行以下命令：
sudo i2cdetect -y 1
这里，我们需要注意以下两点：
首先，如果您有较新的发行版，则很有可能它已经安装了 i2c-tools。
其次，如果您正在使用旧的版本 1 电路板，请在上方的代码行中将 1 更改为 0。
串行外围接口 (SPI)
让我们检查一下如何使用 SPI（串行外围接口）总线与树莓派一起工作。
情况 1：使用 Adafruit Occidentalis 0.2 或更高版本
如果您使用的是 Adafruit Occidentalis，则无需执行任何操作，因为此发行版已预先配置了 SPI 支持。
情况 2：使用 Raspbian
如果您使用的是 Raspbian，则需要进行以下配置更改：
首先，使用以下命令编辑文件 **`/etc/modules`**：
sudo nano /etc/modules
现在，我们需要将以下几行添加到此文件的末尾：
spidev
接下来，我们需要编辑名为 **`/etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf`** 的文件，并通过添加 **`#`** 来注释掉以下行：
blacklist spi-bcm2708 #blacklist spi-bcm2708
完成后，使用以下命令安装 Python 库以通过 Python 程序进行通信：
cd ~ sudo apt-get install python-dev git clone git://github.com/doceme/py-spidev cd py-spidev/ sudo python setup.py install
现在，重新启动您的树莓派，它将准备好 SPI。
串口
假设您想使用树莓派电路板上的串口，即 Rx 和 Tx 引脚，但它被 Linux 操作系统用作控制台连接。要禁用此功能，我们需要注释掉名为 **`/etc/inittab`** 的文件中的某一行。
使用以下代码行打开此文件：
sudo nano /etc/inittab
现在，通过向下滚动到此文件的末尾来查找以下行：
T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100
现在，我们需要使用 `#` 来注释掉此行：
#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100
现在，保存此文件并重新启动您的树莓派。
从 Python 访问串口
我们还可以使用 Python 使用树莓派电路板上的串口，即 Rx 和 Tx 引脚。为此，我们需要安装 **PySerial** 库，如下所示：
sudo apt-get install python-serial
建议在使用 **PySerial** 之前禁用（如上所述）树莓派的串行控制台。
测试串口
一旦开始使用串口，您可能希望从终端会话发送和接收串行命令。为此，我们需要安装 **Minicom**，如下所示：
sudo apt-get install minicom
建议在使用 **Minicom** 之前禁用（如上所述）树莓派的串行控制台。
现在 Minicom 已安装，我们可以使用以下命令启动与连接到 GPIO 连接器的 RXD 和 TXD 引脚的串行设备的串行通信会话：
minicom -b 9600 -o -D /dev/ttyAMA0
在此命令中，`-b` 后面是波特率，`-D` 后面是串口。我们应该使用与我们正在通信的服务中设置的相同的波特率。