树莓派驱动GPIO--LED+键盘

05 November 2014

　　单片机最近本的功能就是通用输入输出功能（GPIO），树莓派b+板上引出了40个引脚，包括27个GPIO供使用。在烧入的镜像中已经集成python以及在python中封装的操作GPIO的类：RPi.GPIO。有了这个包，我们就可以拿树莓派来驱动一些外设了，首先是驱动一盏LED灯。
##LED灯　　原理很简单，如图所示，树莓派引脚打出高电平时LED被点亮。每个引脚最大输出电流为16毫安(mA)[1]，电阻最小为3.3/0.016=206.25欧姆，我用了4.7K的，实际电路如下：
　　控制引脚输出高电平的代码如下:

# -*- coding: utf-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
led = 26
GPIO.setup(led, GPIO.OUT)
print("输出高电平")  
GPIO.output(led, GPIO.HIGH)
time.sleep(5)
GPIO.output(led, GPIO.LOW)
print("输出低电平")
GPIO.cleanup()

　　首先调用GPIO.setmode函数来确定引脚的模式，在RPi.GPIO包中定义GPIO针脚的两种模式：BCM模式和BOARD模式，分别对应语句GPIO.setmode(GPIO.BCM) 和GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 。我们再看下树莓派的引脚图：　　以左边一排的11号引脚为例，11号引脚的编号为11，对于GPIO17，当在BCM模式下时，11号引脚对应于实际编号为11的引脚，也就是GPIO17；当在BOARD模式下时，11号引脚对应GPIO11，也就是23号引脚。
　　设置完引脚模式之后，使用GPIO.setup设置引脚输入还是输出，在设置为输入时还可以有第三个参数指定上拉还是下拉，也就是给引脚一个确定的状态（上拉时为高电平，下拉时为低电平，防止悬空电平不确定）。GPIO.input返回指定引脚的状态，GPIO.output设置引脚的输出状态，使用完毕之后使用GPIO.cleanup恢复所有使用过的通道状态为输入，可以避免由于短路意外损坏树莓派。这个操作仅会清理程序使用过的引脚。

##键盘　　驱动完LED之后再外接一个键盘，键盘使用的是4*4的薄膜键盘，键盘的原理很简单，4行4列总共8根线，原理和是实物如图:
键盘和树莓派的接线如图所示，所用引脚在程序中都有说明。
　　扫描按键的原理和单片机中使用键盘类似，首先将4根列线设为输出低电平，将4跟行线设为输入并且上拉，当有键被按下时，对应行线电平被拉低，但是此时只是确定了按下的键位于哪一行，此时再反过来，将列线设置为输入上拉，将已经确定的行线对应行输出低电平，扫描4跟列线就可以确定按键属于哪一列了。程序如下，使用python keyboard.py运行程序，程序会显示你按下的键：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
 
class keypad():
    # CONSTANTS   
    KEYPAD = [
    [1,2,3,"A"],
    [4,5,6,"B"],
    [7,8,9,"C"],
    ["*",0,"#","D"]
    ]
     
    ROW         = [27,23,24,25]
    COLUMN      = [4,17,22,5]
     
    def __init__(self):
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
     
    def getKey(self):
         
        # Set all columns as output low
        for j in range(len(self.COLUMN)):
            GPIO.setup(self.COLUMN[j], GPIO.OUT)
            GPIO.output(self.COLUMN[j], GPIO.LOW)
         
        # Set all rows as input
        for i in range(len(self.ROW)):
            GPIO.setup(self.ROW[i], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
         
        # Scan rows for pushed key/button
        # A valid key press should set "rowVal"  between 0 and 3.
        rowVal = -1
        for i in range(len(self.ROW)):
            tmpRead = GPIO.input(self.ROW[i])
            if tmpRead == 0:
                rowVal = i
                 
        # if rowVal is not 0 thru 3 then no button was pressed and we can exit
        if rowVal < 0 or rowVal > 3:
            self.exit()
            return
         
        # Convert columns to input
        for j in range(len(self.COLUMN)):
                GPIO.setup(self.COLUMN[j], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
         
        # Switch the i-th row found from scan to output
        GPIO.setup(self.ROW[rowVal], GPIO.OUT)
        GPIO.output(self.ROW[rowVal], GPIO.HIGH)
 
        # Scan columns for still-pushed key/button
        # A valid key press should set "colVal"  between 0 and 2.
        colVal = -1
        for j in range(len(self.COLUMN)):
            tmpRead = GPIO.input(self.COLUMN[j])
            if tmpRead == 1:
                colVal=j
                 
        # if colVal is not 0 thru 2 then no button was pressed and we can exit
        if colVal < 0 or colVal > 3:
            self.exit()
            return
 
        # Return the value of the key pressed
        self.exit()
        return self.KEYPAD[rowVal][colVal]
         
    def exit(self):
        # Reinitialize all rows and columns as input at exit
        for i in range(len(self.ROW)):
                GPIO.setup(self.ROW[i], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) 
        for j in range(len(self.COLUMN)):
                GPIO.setup(self.COLUMN[j], GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
         
if __name__ == '__main__':
	# Initialize the keypad class
	kp = keypad()
	# Loop while waiting for a keypress
	while True:
		digit = None
		while digit == None:
			digit = kp.getKey()	 
		# Print the result
		print digit
		time.sleep(0.5)

　　这段代码是从一个树莓派项目中抠出来的，感兴趣可以看下。

　　完成了最简单的GPIO功能，如果有什么好的idea也就可以实施了，你可以使用树莓派开关灯，控制继电器等等，你要你想到，它就可以帮你完成。

参考文献

[1] http://hugozhu.myalert.info/2013/05/14/35-understanding-output.html 　　