Python編程點亮樹莓派LED燈

“樹莓派”是一塊僅為信用卡般大小的微型電腦，可用于嵌入式開發和計算機開源硬件編程，目前在中小學創客教育活動領域有著極為廣泛的應用;Python語法精簡，而且能夠調用功能強大的各種“庫”模塊，比如樹莓派通過RPi.GPIO庫可以非常方便地控制各種外設（LED燈等）。

1.實驗目的

認識和連接樹莓派，通過Python編程控制LED燈發光和熄滅。

2.實驗器材及連接

樹莓派（帶電源線）主板一塊，紅色LED燈一支，兩根母對母杜邦線，一臺聯網電腦。

樹莓派的兩排引腳可以連接多種外設，共40針，其物理引腳的BOARD編碼是從1到40。排列規律是：按字母正向標注平放樹莓派后，下面一列為奇數序號，從左至右分別是1、3、5……37、39;上面一列為偶數序號，從左至右分別是2、4、6……38、40。

通過Windows的“遠程桌面連接”登錄樹莓派后，在LX終端命令行窗口（“pi@raspberrypi：～$”提示符）中輸入“gpio readall”命令，可顯示出所有的引腳編號及功能對應關系（如圖1）。Python語言編程庫使用的是BCM編碼（依據是BCM2835芯片的GPIO寄存器編號）。按照功能來分類，除了8個GND（接地）端、3.3V和5V的電源正極各兩個之外，最主要的就是17個可編程的GPIO（General Purpose Input/Output：“通用型輸入輸出接口”），其BCM編碼分別是0-7、21-29兩組（注意：物理引腳位置并不是連續分布的），可以用來驅動LED燈、傳感器、舵機等各種外設。

使用樹莓派GPIO引腳與外設連接時必須要仔細，在確定好BCM編碼號后再與物理引腳一一對應。比如：我們要將LED燈的長引腳（正極）接至樹莓派BCM編碼為5的引腳，對應的物理引腳BOARD編碼就是29號;短引腳（負極）任意選擇一個GND接地引腳即可（比如25號），通過杜邦線連接好（如圖2）。

3.實驗步驟

（1）在LX終端命令行模式中控制LED燈

連接好實驗設備后給樹莓派通電開機，然后通過“遠程桌面連接”進入樹莓派系統（輸入IP地址），點擊LX終端進入命令行模式。

首先輸入“python”后回車，進入Python界面（命令提示符變為“>>>”）;接著，輸入“import RPi.GPIO as GPIO”命令，作用是以GPIO為名導入RPi.GPIO庫，無“回顯”錯誤提示，說明Python已經成功加載了RPi.GHIO庫（出錯的話要進行更新或安裝）;然后輸入“GPIO.setmode（GPIO.BCM）”命令，作用是設置樹莓派的引腳控制方式為BCM編碼模式——紅色LED燈的正極已經連接至BCM編碼5號，Python編程控制時通過數字“5”就能夠進行控制（而并非物理引腳BOARD編碼“29”）;接著，輸入命令“GPIO.setup（5，GPIO.OUT）”，設置5號GPIO為輸出端（GPIO.OUT）;再輸入“GPIO.output（5，GPIO.HIGH）”命令，設置5號GPIO輸出高電平（GPIO.HIGH）。

回車執行命令后，樹莓派的LED燈就會被“點亮”（如圖3）。

如何熄滅LED燈呢？非常簡單，只須將5號GPIO的輸出由高電平再修改為低電平即可，對應的命令是“GPIO.output（5，GPIO.LOW）”，回車執行后，LED燈熄滅。

（2）在Python IDE模式中控制LED燈

在LX終端命令行模式中控制LED燈的方式需要命令的逐條輸入和執行，不適合較為復雜的程序，此時可通過“編程”-“Thonny Python IDE”進入Python的IDE編輯窗口來進行程序的編寫和調試運行。命令如下：

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode（GPIO.BCM）

GPIO.setup（5，GPIO.OUT）

GPIO.output（5，GPIO.HIGH）

time.sleep（3）

GPIO.output（5，GPIO.LOW）

GPIO.cleanup（）

其中的“import time”命令的作用是導入時間庫，因為程序中使用了sleep語句來控制LED燈持續發光3秒鐘;GPIO.cleanup（）語句的作用是釋放程序所引用的GPIO引腳，并且清除所設置的BCM編碼引腳編號規則。將程序保存為LED.py，點擊Run按鈕調試運行，LED燈發光3秒后熄滅。如果將該程序放置于循環結構中（比如循環10次），并且在GPIO.output（5，GPIO.LOW）后也添加一條time.sleep（1）命令，LED燈就會閃爍起來：亮3秒再熄滅1秒、再亮3秒熄滅1秒……

試想一下：如果使用六根杜邦線分別將紅黃綠三支不同顏色的LED燈連接至樹莓派的話，是不是可以在IDE中編寫循環結構來實現十字路口紅綠燈效果呢？