樹莓派5上的GPIO

通用輸入/輸出（GPIO）引腳是樹莓派上的物理連接器，允許樹莓派與傳感器、LED、電機等外部電子元件進行交互。這些引腳可編程設(shè)置為輸入模式，用于從外部源（如傳感器）接收數(shù)據(jù)；也可設(shè)置為輸出模式，用于發(fā)送信號以控制外部設(shè)備（如點亮LED或啟動電機）。

重要性

學(xué)習(xí)與實驗：從教育角度來看，學(xué)習(xí)如何使用GPIO引腳是理解電子學(xué)、編程和嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是STEM教育的實用工具。

與傳感器和執(zhí)行器接口：GPIO引腳使樹莓派能夠從傳感器（如溫度、運動、光線傳感器）獲取輸入，并向執(zhí)行器（如電機、燈光、繼電器）發(fā)送命令，這對于自動化、機器人技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至關(guān)重要。

GPIO本質(zhì)上使樹莓派能夠作為嵌入式系統(tǒng)運行，彌合了軟件與硬件之間的差距。

樹莓派5上的GPIO引腳類型

樹莓派5延續(xù)了提供多功能通用輸入/輸出（GPIO）引腳的傳統(tǒng)，使其能夠與各種電子元件進行交互。

與前代型號類似，樹莓派5采用40引腳GPIO排針，但在性能和功能上有所提升。

引腳編號：樹莓派GPIO引腳采用的兩種編號方案

使用樹莓派的GPIO引腳時，有兩種主要的編號方案可用于標(biāo)識引腳：

物理引腳編號（板編號）

物理引腳編號指的是樹莓派40引腳排針上引腳的實際位置，從左上角的引腳1依次編號至右下角的引腳40。此編號方案僅基于引腳的物理布局。

示例：

引腳1：3.3V電源

引腳2：5V電源

引腳6：接地（GND）

引腳7：GPIO 4

在按照視覺指南或原理圖連接元件時，物理編號有助于布線，因為它反映了排針上引腳的實際位置。

BCM（博通系統(tǒng)級芯片通道）編號

BCM編號指的是基于樹莓派內(nèi)部系統(tǒng)級芯片（SOC）為每個引腳分配的博通芯片特定GPIO編號。這些GPIO編號對應(yīng)于博通處理器上的實際功能通道。

示例：

BCM GPIO 2：引腳3（用于I2C SDA）。

BCM GPIO 3：引腳5（用于I2C SCL）。

BCM GPIO 18：引腳12（用于PWM）。

在編寫腳本或程序（如使用Python語言及RPi.GPIO或gpiozero等庫）時，通常采用BCM編號。樹莓派的內(nèi)部代碼和庫通過BCM編號而非物理布局來識別引腳。

兩種編號方案旨在滿足不同需求：

物理引腳編號：在物理連接元件時簡單直觀。

BCM編號：在編程時更為精確，因為它反映了與特定GPIO通道相關(guān)的實際硬件配置和功能。

對比示例：

引腳3（物理編號）：對應(yīng)BCM編號中的GPIO 2。

引腳5（物理編號）：對應(yīng)BCM編號中的GPIO 3。

電源引腳

這些引腳為連接到樹莓派的外部設(shè)備或電路供電。

5V引腳（引腳2和引腳4）：直接從樹莓派電源提供5V電壓，適用于為繼電器或高功率設(shè)備等元件供電。

3.3V引腳（引腳1和引腳17）：提供穩(wěn)定的3.3V電壓，適用于傳感器等低功率設(shè)備。

接地（GND）引腳：這些引腳（引腳6、9、14、20、25、30、34、39）對于與外部元件構(gòu)成完整電路至關(guān)重要。

標(biāo)準GPIO引腳

數(shù)字輸入/輸出：這些引腳可根據(jù)任務(wù)編程設(shè)置為輸入或輸出模式。它們可以讀取外部設(shè)備的信號（輸入）或發(fā)送信號以控制外部設(shè)備（輸出）。

示例用途：讀取按鈕狀態(tài)（輸入）或控制LED（輸出）。

樹莓派5上的GPIO引腳包括GPIO 2、GPIO 3等，可通過BCM編號或物理引腳編號來標(biāo)識。

UART引腳（通用異步收發(fā)傳輸器）

這些引腳用于與其他設(shè)備（如微控制器或其他樹莓派開發(fā)板）進行串行通信。

TXD（發(fā)送）：引腳8（BCM GPIO 14）。

RXD（接收）：引腳10（BCM GPIO 15）。

非常適合樹莓派與另一設(shè)備之間使用串行協(xié)議（如GPS模塊或無線通信芯片）進行通信。

I2C引腳（集成電路互連總線）

I2C協(xié)議用于通過兩條共享線路（時鐘線和數(shù)據(jù)線）與多個低速設(shè)備進行通信。

SDA（數(shù)據(jù)線）：引腳3（BCM GPIO 2）。

SCL（時鐘線）：引腳5（BCM GPIO 3）。

常用于將樹莓派連接到溫度、濕度或壓力傳感器等。

SPI引腳（串行外設(shè)接口）

SPI是一種高速通信協(xié)議，常用于與傳感器、顯示器和SD卡等設(shè)備接口。

MOSI（主出從入）：引腳19（BCM GPIO 10）。

MISO（主入從出）：引腳21（BCM GPIO 9）。

SCLK（串行時鐘）：引腳23（BCM GPIO 11）。

CE0（片選0）：引腳24（BCM GPIO 8）。

CE1（片選1）：引腳26（BCM GPIO 7）。

常用于與TFT顯示器或高速傳感器等設(shè)備進行高速數(shù)據(jù)通信。

PWM引腳（脈沖寬度調(diào)制）

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種通過改變信號占空比來控制電機速度或調(diào)節(jié)LED亮度的技術(shù)。

PWM0：引腳12（BCM GPIO 18）。

PWM1：引腳33（BCM GPIO 13）。

這些引腳常用于機器人項目中控制電機速度、LED亮度或舵機。

EEPROM識別引腳

ID_SD（數(shù)據(jù)）：引腳27（BCM GPIO 0）。

ID_SC（時鐘）：引腳28（BCM GPIO 1）。

這些引腳用于通過硬件附加組件（HAT）上的EEPROM識別附加板，使樹莓派在連接配件板時能夠自動配置設(shè)置。

樹莓派5上的引腳圖

要從樹莓派上直接查看樹莓派GPIO引腳布局概覽，可使用內(nèi)置的pinout命令。這是一個簡單的命令行工具，可顯示GPIO引腳的視覺表示、編號和功能。

打開樹莓派終端，并運行：

pinout

*使用樹莓派GPIO引腳時的安全注意事項

√ 避免將5V信號連接到3.3V GPIO引腳

樹莓派采用3.3V邏輯電平。將5V信號連接到任何GPIO引腳都可能損壞樹莓派的內(nèi)部電路。

務(wù)必檢查所連接設(shè)備或傳感器的電壓電平。如需，使用電平轉(zhuǎn)換器將5V信號轉(zhuǎn)換為3.3V。

√ 限制通過GPIO引腳的電流

GPIO引腳只能承受有限電流（通常每個引腳約16mA，所有GPIO引腳的總限制為50mA）。

連接LED或其他元件時，務(wù)必使用限流電阻（如220Ω至1kΩ），以防止電流過大，從而永久損壞GPIO引腳。

√ 謹防短路

短路是指電流通過非預(yù)期路徑流動，通常繞過負載（如電阻或傳感器）。這可能導(dǎo)致電流過大，產(chǎn)生熱量積聚，進而損壞硬件。

√ 正確接地

每個電路都需要一個公共接地（GND）以構(gòu)成完整電路。未將元件接地或接地連接不正確可能導(dǎo)致電路故障甚至損壞。

√ 避免熱插拔元件

在樹莓派通電時插拔元件（熱插拔）可能導(dǎo)致電涌或尖峰，從而損壞GPIO引腳和元件。

√ 使用分壓器或邏輯電平轉(zhuǎn)換器

使用較高電壓（如5V或12V）的設(shè)備接口時，必須確保樹莓派的3.3V GPIO引腳不會暴露于較高電壓。

√ 避免從樹莓派汲取過多電流

原因：樹莓派電源有限，從5V或3.3V引腳汲取過多電流可能導(dǎo)致不穩(wěn)定、重啟或損壞開發(fā)板。

結(jié)論

了解樹莓派5的引腳圖對于充分發(fā)揮其在電子項目中的潛力至關(guān)重要。掌握了GPIO引腳類型、編號系統(tǒng)和安全注意事項等知識后，用戶可以自信地連接各種元件，擴展樹莓派的功能。無論是在使用傳感器、執(zhí)行器還是UART、I2C或SPI等通信協(xié)議，掌握GPIO都將為自動化、物聯(lián)網(wǎng)和機器人技術(shù)應(yīng)用開啟無限可能。務(wù)必始終將安全放在首位，以保護樹莓派和所連接的外部設(shè)備。

本總結(jié)強調(diào)了理解GPIO引腳圖的重要性，同時也鼓勵進一步探索。

原文地址：

https://www.sunfounder.com/blogs/news/comprehensive-guide-to-the-pin-diagram-of-raspberry-pi-5-understanding-gpio-pins-and-their-functions