下载文档原格式
Python是一种广泛应用于各种领域的高级编程语言，它具有易读易学、功能强大且支持多种编程范式等特点。
而在嵌入式系统开发中，对于物理世界的交互往往是必不可少的，而通用的GPIO（通用输入输出）则是在嵌入式系统中用于实现物理世界交互的重要手段。
掌握Python 语言如何操作GPIO是非常重要的。
下面将介绍在Python中操作GPIO的方法。
1. GPIO简介在嵌入式系统中，GPIO通常是指一组通用的数字输入输出端口，它们可以通过编程控制来实现与外部环境的交互。
对于嵌入式系统而言，操作GPIO是至关重要的。
在Python中，通过引入相应的库和模块，可以方便地实现对GPIO的操作。
2. Python中操作GPIO的库Python中有一些库和模块可以用于操作GPIO，其中最常见的包括RPi.GPIO和GPIO Zero两种。
- RPi.GPIO是一个专门用于树莓派的GPIO控制库，它提供了丰富的接口可以方便地实现GPIO的输入输出操作。
- GPIO Zero是一个更加高级的GPIO控制库，它基于RPi.GPIO开发，提供了更加简洁易用的接口来操作GPIO，尤其适合初学者快速上手。
3. 使用RPi.GPIO操作GPIO在使用RPi.GPIO进行GPIO操作时，首先需要安装RPi.GPIO库，可以通过pip命令来安装。
安装完成后，就可以在Python程序中引入RPi.GPIO库并进行GPIO的初始化设置、输入输出控制等操作。
具体的操作流程包括：- 引入RPi.GPIO库：在Python程序的开头部分使用import命令引入RPi.GPIO库。
- 初始化GPIO：通过调用RPi.GPIO库中的setmode()方法来设置GPIO的模式（BCM模式或者BOARD模式），调用setup()方法设置GPIO口的输入输出状态。
- 输入输出控制：利用RPi.GPIO库中的input()和output()方法来读取和输出GPIO口的电平状态。
GPIO参数配置GPIO（General Purpose Input/Output）引脚是通用输入/输出引脚，可以用于连接和控制各种外部设备。
在树莓派等嵌入式系统中，GPIO引脚可以通过软件的方式进行配置和控制。
2.输入/输出模式：GPIO引脚可以被配置为输入模式或输出模式。
输入模式表示引脚可以接收外部设备的信号，输出模式表示引脚可以输出电信号给外部设备。
在配置GPIO引脚时，需要明确所需的输入/输出模式。
3.电源电压：GPIO引脚可以根据外部设备的要求配置相应的电源电压。
一般来说，引脚提供3.3V或5V的电压供应。
4.信号电平：GPIO引脚的信号电平指的是引脚的电压状态，通常是高电平（1）或低电平（0）。
在配置GPIO引脚时，可以设置引脚的初始电平状态，默认可以是高电平或低电平。
5.上拉/下拉电阻：GPIO引脚可以通过上拉电阻或下拉电阻来确定引脚的默认电平状态。
上拉电阻将引脚连接到正电压，下拉电阻将引脚连接到地。
在配置GPIO引脚时，可以启用或禁用上拉/下拉电阻。
在树莓派的Linux系统中，GPIO的参数配置通过GPIO库函数来实现。
以下是一个基本的GPIO参数配置的示例代码：```c#include <stdio.h>#include <wiringPi.h>int maiint gpioPin = 18;int mode = OUTPUT; // 输出模式int signalLevel = HIGH; // 高电平int pud = PUD_OFF; // 禁用上拉/下拉电阻if (wiringPiSetupGpio( == -1)return 1;}pinMode(gpioPin, mode); // 设置GPIO引脚的模式digitalWrite(gpioPin, signalLevel); // 设置GPIO引脚的信号电平pullUpDnControl(gpioPin, pud); // 设置GPIO引脚的上拉/下拉电阻return 0;```以上代码通过wiringPi库函数实现了GPIO参数配置。
Linux⽤户态设置GPIO控制Linux ⽤户态设置GPIO控制linux内核提供了⼀套在⽤户态配置GPIO的接⼝，在/sys/class/gpio/⽬录下可以发现其中包含有两个⽂件export、unexport和若⼲gpiochipN类型⽂件夹export⽤于将指定编号的引脚导出，作为GPIO使⽤unexport⽤于将导出的GPIO删除掉gpiochipN当前芯⽚中包含的GPIO控制器GPIO使⽤⽅法添加设备接⼝GPIO167输⼊：echo 167 > export可以发现，⽬录下出现了gpio167，如果执⾏命令后没有反应，表⽰当前的GPIO已经⽤作其他的功能，例如作为IIC的引脚等删除设备接⼝GPIO167输⼊：echo 167 > unexport可以发现当前导出的接⼝被删除控制设备接⼝GPIO167输⼊：echo 167 > unexportdirection设置输出还是输⼊模式设置为输⼊：echo “in” > direction设置为输出：echo “out” > directionvalue输出时，控制⾼低电平；输⼊时，获取⾼低电平⾼电平：echo 1 > value低电平：echo 0 > valueedge控制中断触发模式，引脚被配置为中断后可以使⽤poll()函数监听引脚⾮中断引脚： echo “none” > edge上升沿触发：echo “rising” > edge下降沿触发：echo “falling” > edge边沿触发：echo “both” > edgegpiochipN⽬录⽤来管理和控制⼀组gpio端⼝的控制器base和N相同，表⽰控制器管理的最⼩的端⼝编号。
lable诊断使⽤的标志（并不总是唯⼀的）ngpio控制器管理的gpio端⼝数量（端⼝范围是：N ~ N+ngpio-1）⽤户态使⽤gpio监听中断⽐如我想监听PA7上的电平变化（也就是边沿触发），那么应该先向“/sys/class/gpio/gpio7/direction”写⼊“in”，然后向“/sys/class/gpio/gpio7/edge”写⼊“both”，然后对”/sys/class/gpio/gpio7/value”执⾏select/poll操作。
1.使能GPIO的AHB时钟，使用函数：RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOx, ENABLE);例如：RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);2、GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;声明一个结构体，名字是GPIO_InitStructure，结构体原型由GPIO_InitTypeDef 确定，stm32里面初始化GPIO用的吧。
设置完了GPIO_InitStructure里面的内容后在GPIO_Init (GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_InitStruct)里面调用，比如初始化PA口，就是GPIO_Init (GPIOA, &GPIO_InitStructure)，括号里后面那个就是你声明的那个结构体3.配置GPIO工作模式用GPIO_Init()函数：数据类型说明typedef struct{uint32_t GPIO_Pin; //引脚配置GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; //GPIO_Mode_IN(输入),GPIO_Mode_OUT（输出）,GPIO_Mode_AF（备用）,GPIO_Mode_AN（模拟）GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;// GPIO_Speed_2MHz，GPIO_Speed_25MHz，GPIO_Speed_50MHz，GPIO_Speed_100MHz GPIOOType_TypeDef GPIO_OType; // GPIO_OType_PP（推挽）,GPIO_OType_OD（开漏）GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd; GPIO_PuPd_NOPULL（无），GPIO_PuPd_UP（上拉），GPIO_PuPd_DOWN（下拉）}GPIO_InitTypeDef;例如：GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//对结构体的GPIO_Mode对象赋值，声明IO口的模式是输出GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//对结构体的GPIO_OType对象赋值，声明IO口的结构是推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//对结构体的GPIO_Speed对象赋值，声明速度是100MHzGPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; //对结构体的GPIO_PuPd对象赋值，声明内部上拉4.备用功能配置（除ADC和DAC外的所有非GPIO功能），使用函数void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource, uint8_t GPIO_AF)例如：GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9 , GPIO_AF_USART1);* This GPIO_AF can be one of the following values:* @arg GPIO_AF_RTC_50Hz: Connect RTC_50Hz pin to AF0 (default after reset)* @arg GPIO_AF_MCO: Connect MCO pin (MCO1 and MCO2) to AF0 (default after reset)* @arg GPIO_AF_TAMPER: Connect TAMPER pins (TAMPER_1 and TAMPER_2) to AF0 (default after reset)* @arg GPIO_AF_SWJ: Connect SWJ pins (SWD and JTAG)to AF0 (default after reset)* @arg GPIO_AF_TRACE: Connect TRACE pins to AF0 (default after reset)* @arg GPIO_AF_TIM1: Connect TIM1 pins to AF1* @arg GPIO_AF_TIM2: Connect TIM2 pins to AF1* @arg GPIO_AF_TIM3: Connect TIM3 pins to AF2* @arg GPIO_AF_TIM4: Connect TIM4 pins to AF2* @arg GPIO_AF_TIM5: Connect TIM5 pins to AF2* @arg GPIO_AF_TIM8: Connect TIM8 pins to AF3* @arg GPIO_AF_TIM9: Connect TIM9 pins to AF3* @arg GPIO_AF_TIM10: Connect TIM10 pins to AF3* @arg GPIO_AF_TIM11: Connect TIM11 pins to AF3* @arg GPIO_AF_I2C1: Connect I2C1 pins to AF4* @arg GPIO_AF_I2C2: Connect I2C2 pins to AF4* @arg GPIO_AF_I2C3: Connect I2C3 pins to AF4* @arg GPIO_AF_SPI1: Connect SPI1 pins to AF5* @arg GPIO_AF_SPI2: Connect SPI2/I2S2 pins to AF5* @arg GPIO_AF_SPI3: Connect SPI3/I2S3 pins to AF6* @arg GPIO_AF_I2S3ext: Connect I2S3ext pins to AF7* @arg GPIO_AF_USART1: Connect USART1 pins to AF7* @arg GPIO_AF_USART2: Connect USART2 pins to AF7* @arg GPIO_AF_USART3: Connect USART3 pins to AF7* @arg GPIO_AF_UART4: Connect UART4 pins to AF8* @arg GPIO_AF_UART5: Connect UART5 pins to AF8* @arg GPIO_AF_USART6: Connect USART6 pins to AF8* @arg GPIO_AF_CAN1: Connect CAN1 pins to AF9* @arg GPIO_AF_CAN2: Connect CAN2 pins to AF9* @arg GPIO_AF_TIM12: Connect TIM12 pins to AF9* @arg GPIO_AF_TIM13: Connect TIM13 pins to AF9* @arg GPIO_AF_TIM14: Connect TIM14 pins to AF9* @arg GPIO_AF_OTG_FS: Connect OTG_FS pins to AF10* @arg GPIO_AF_OTG_HS: Connect OTG_HS pins to AF10* @arg GPIO_AF_ETH: Connect ETHERNET pins to AF11* @arg GPIO_AF_FSMC: Connect FSMC pins to AF12* @arg GPIO_AF_OTG_HS_FS: Connect OTG HS (configured in FS) pins to AF12* @arg GPIO_AF_SDIO: Connect SDIO pins to AF12* @arg GPIO_AF_DCMI: Connect DCMI pins to AF13* @arg GPIO_AF_EVENTOUT: Connect EVENTOUT pins to AF155.使用GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx)和GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)读输入信号6.使用GPIO_SetBits()/GPIO_ResetBits()设置输出引脚7.上电或复位后，引脚备用功能都没启用（JTAG引脚除外），为悬浮输入状态8LSE引脚OSC32_IN 和OSC32_OUT（PC14 and PC15）的优先级高于GPIO9.HSE引脚OSC_IN/OSC_OUT （PH0 / PH1）的优先级高于GPIO（高速外部时钟信号HSE(High Speed External Clock signal)相应的还有HSI(High Speed Internal Clock signal)、LSE(Low..)、LSI(Low..)。
gpio函数
GPIO（General Purpose Input/Output）函数是用于控制树莓派等单片机上的通用输入输出引脚的函数。
通常情况下我们使用GPIO函数来控制LED灯的开关，读取按键状态，控制电机等等。
下面我将介绍几个常用的GPIO函数及其功能。
1. gpio.setmode(mode)：设置GPIO编码方式，有两种编码方式可选，分别为"BOARD"和"bcm"两种。
2. gpio.setup(channel, direction)：设置GPIO引脚的输入输出状态，direction取值为IN表示输入，OUT表示输出。
3. gpio.output(channel, state)：设置GPIO引脚的输出状态，state取值为HIGH表示设置为高电平输出，LOW表示设置为低电平输出。
4. gpio.input(channel)：读取GPIO引脚的输入状态，返回值为True代表输入为高电平，False代表输入为低电平。
5. gpio.cleanup()：清除GPIO引脚的状态，释放资源。
以上几个函数是GPIO函数库中常用的函数，可以实现基本的GPIO输入输出功能。
除此之外，GPIO函数还可以实现PWM调制，中断响应等高级功能。
GPIO函数在物联网和嵌入式开发等领域都具有广泛的应用。
gpio的基本使用方法GPIO，即通用输入输出引脚，是一种通用的数字信号输入输出接口，它允许我们将数字信号发送到其他设备，或从其他设备接收数字信号，并使用它们进行控制和通信。
在树莓派等嵌入式设备的开发工作中，GPIO是非常重要的一个组成部分，使用方法也十分简单。
一、初始化GPIO要使用GPIO，我们首先需要将其初始化，以便我们可以开始使用其不同的引脚。
在初始化过程中，我们需要指定GPIO的模式，即输入或输出模式。
1.导入必要的库import RPi.GPIO as GPIO2.设置GPIO引脚模式：“输入/输出”GPIO.setmode(GPIO.BOARD)这将使我们根据引脚的物理编号而不是树莓派GPIO编号来标识GPIO引脚。
3.设置GPIO模式GPIO.setup(pin, mode)其中“pin”为GPIO引脚编号，“mode”可以是“IN”（输入模式）或“OUT”（输出模式）。
例如，要将GPIO引脚7设置为输出模式，代码如下：GPIO.setup(7, GPIO.OUT)二、读写GPIOGPIO只能够处理高低电平，因此我们需要了解如何使用Python将高电平和低电平发送到GPIO引脚，并从GPIO引脚读取高电平和低电平。
1.写GPIOGPIO.output(pin, value)其中，“pin”为GPIO引脚编号，“value”可以是HIGH（高电平）或LOW（低电平）。
例如，要将GPIO引脚7输出高电平，代码如下：GPIO.output(7, GPIO.HIGH)2.读GPIOGPIO.input(pin)其中，“pin”为GPIO引脚编号。
例如，要从GPIO引脚7读取电平，代码如下：input_value = GPIO.input(7)三、关闭GPIO当我们完成了对GPIO引脚的使用之后，需要将其关闭以防止出现不必要的错误并释放它们的状态。
我们可以使用GPIO.cleanup()函数将所有GPIO设置为默认状态。
linux gpio代码在Linux 系统上，你可以使用sysfs 接口来操作GPIO（通用输入输出）引脚。
下面是一个简单的例子，演示如何使用 C 语言编写一个基本的GPIO 控制程序。
```c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#define GPIO_PATH "/sys/class/gpio/"// 导出GPIO 引脚int export_gpio(int gpio_pin) {int fd, len;char buffer[3];fd = open(GPIO_PATH "export", O_WRONLY);if (fd == -1) {perror("Error opening export file");return -1;}len = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d", gpio_pin);write(fd, buffer, len);close(fd);return 0;}// 设置GPIO 方向（输入/输出）int set_gpio_direction(int gpio_pin, char *direction) {char path[50];int fd;snprintf(path, sizeof(path), GPIO_PATH "gpio%d/direction", gpio_pin);fd = open(path, O_WRONLY);if (fd == -1) {perror("Error opening direction file");return -1;}write(fd, direction, strlen(direction));close(fd);return 0;}// 控制GPIO 状态（高电平/低电平）int set_gpio_value(int gpio_pin, int value) {char path[50];int fd;char buffer[2];snprintf(path, sizeof(path), GPIO_PATH "gpio%d/value", gpio_pin);fd = open(path, O_WRONLY);if (fd == -1) {perror("Error opening value file");return -1;}snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d", value);write(fd, buffer, 1);close(fd);return 0;}int main() {int gpio_pin = 17; // 你要控制的GPIO 引脚号int export_result, direction_result, value_result;// 导出GPIO 引脚export_result = export_gpio(gpio_pin);if (export_result != 0) {fprintf(stderr, "Error exporting GPIO pin\n");return 1;}// 设置GPIO 方向为输出direction_result = set_gpio_direction(gpio_pin, "out");if (direction_result != 0) {fprintf(stderr, "Error setting GPIO direction\n");return 1;}// 控制GPIO 输出为高电平value_result = set_gpio_value(gpio_pin, 1);if (value_result != 0) {fprintf(stderr, "Error setting GPIO value\n");return 1;}// 程序延时，保持GPIO 输出状态sleep(5);// 控制GPIO 输出为低电平value_result = set_gpio_value(gpio_pin, 0);if (value_result != 0) {fprintf(stderr, "Error setting GPIO value\n");return 1;}// 清理：取消导出GPIO 引脚int fd;char buffer[3];fd = open(GPIO_PATH "unexport", O_WRONLY);if (fd == -1) {perror("Error opening unexport file");return 1;}snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d", gpio_pin);write(fd, buffer, 3);close(fd);return 0;}```这是一个基本的GPIO 控制程序，演示了导出GPIO 引脚、设置方向（输入/输出）、设置状态（高电平/低电平）以及取消导出的过程。
一、GPIO配置（1）GPIO_Mode_AIN模拟输入（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING浮空输入（3）GPIO_Mode_IPD下拉输入（4）GPIO_Mode_IPU上拉输入（5）GPIO_Mode_Out_OD开漏输出（6）GPIO_Mode_Out_PP推挽输出（7）GPIO_Mode_AF_OD复用开漏输出（8）GPIO_Mode_AF_PP复用推挽输出GPIO_Speed_10MHz最高输出速率10MHzGPIO_Speed_2MHz最高输出速率2MHzGPIO_Speed_50MHz最高输出速率50MHz1.1I/O口的输出模式下，有3种输出速度可选（2MHz、10MHz和50MHz），这个速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度，输出信号的速度与程序有关（芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路）。
通过选择速度来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。
高频的驱动电路，噪声也高，当不需要高的输出频率时，请选用低频驱动电路，这样非常有利于提高系统的EMI性能。
当然如果要输出较高频率的信号，但却选用了较低频率的驱动模块，很可能会得到失真的输出信号。
gpio接口的引脚定义关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配（推荐10倍以上？）。
比如：1.1.1对于串口，假如最大波特率只需115.2k，那么用2M的GPIO的引脚速度就够了，既省电也噪声小。
1.1.2对于I2C接口，假如使用400k波特率，若想把余量留大些，那么用2M的GPIO的引脚速度或许不够，这时可以选用10M的GPIO引脚速度。
1.1.3对于SPI接口，假如使用18M或9M波特率，用10M的GPIO的引脚速度显然不够了，需要选用50M的GPIO的引脚速度。
1.2GPIO口设为输入时，输出驱动电路与端口是断开，所以输出速度配置无意义。
研华562主板IO口设置介绍1、主板GPIO口位置即定义：GPIO1 Pin 1 ~ Pin 8 current: GPI: 5V 1uA. GPO: 5 V 8 ~ 10 uA.GPIO2 Pin 1, 3, 5, 7 current: GPO (output current only): 5 V, 200 mAPin 2, 4, 6, 8 current: GPI 5 V, 1 uA. GPO:5 V, 8~ 10 uAGPIO2 Pin 1, 3, 5, 7 are for 200mAT high current output use onlySUSI的GPIO口DEMO调试界面Pin NumberGet the numbers of input pins and output pins respectively. Each number may vary with the direction of current pins, but the sum remains the same.MASKChoose the mask of interest by selecting or clearing its check box, then clicking "Get Mask".Direction Change / RW AccessChoose either "Single Pin" or "Multiple Pin".The possible values that the "Single Pin" text box can be set to ranges from 0 to the total number of GPIO pins minus 1.Single Pin Operation - "IO Write" / "Set Direction"Give a value of '1' (output status high / input direction) or '0' (output status low / output direction) to set the pin then click the "IO Write" or "Set Direction" button.Single Pin Operation - "IO Read"Click "IO Read" to get the pin input status.Multiple Pin Operation - "IO Write" / "Set Direction"If there are 8 GPIO pins:To write the status of GPIO output pins 0, 1, 6 and 7, give the "Multiple Pin" text box the value 11000011. Bit 0 stand for GPIO 0, bit 1 stand for GPIO 1, and so on. To set pin 0 as high, pin 1 as low, pin 6 as high and pin 7 as low, give the "Value" text box the value 01XXXX01, where X stands for a don't care pin. Please simply assign a 0 for don't care pins, e.g. 10000001.To set the direction of GPIO pins 0, 1, 6 and 7, give the "Multiple Pin" text box the value 11000011. Again bit 0 stands for GPIO 0, bit 1 stands for GPIO 1, and so on. To set pin 0 as an input, pin 1 as an output, pin 6 as an input and pin 7 as an output, give the "Value" text box with 01XXXX01, where X is for don't care Please simply assign a 0 for don't care pins, e.g. 10000001.Multiple Pin Operation - "IO Read"For example, if you want to read the status of GPIO pins 0, 1, 6 and 7, give the "Multiple Pin" text box the value 11000011. Bit 0 stands for GPIO 0, bit 1 stands for GPIO 1, and so on. Again, if the pin is in status high, the value in the relevant bit of the "Value" text box will be 1. If the pin status is low, the "Value" text box will be 0.Note! 1."IO Write" can only be performed on pins in the output direction.2."Set Direction" can only be performed on bidirectional pins.3."IO Read" can get the status of both input and output pins.Please get the information first in the "MASK" field.我们的IO口实际使用端口号GP20 声音切换提示高电平输出GP21 声音切换提示低电平输出GP22 呼叫高电平输出GP23 呼叫地GP24 清除高电平输出GP25 清除地。
