树莓派开发笔记(五)：GPIO引脚介绍和GPIO的输入输出使用（驱动LED灯、检测按键）

2022-05-31 899

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前话

搭建好完整的Qt开发环境，对于开发Qt应用按照正常的开发即可，操作io口涉及到单片机硬件知识，本篇介绍树莓派类似于单片机的GPIO口使用（硬件+软件）。

树莓派GPIO口硬件资源介绍

引脚分布和功能图

统计下硬件资源

GPIO引脚 x 26
UART总线 x 1
SPI总线 x 1
I2C总线 x 1
5V x 2
3.3V x 2
GND x 8

模块化代码

我们模块化代码，写一个引脚输出的程序，以后需要类似直接修改引脚编号（或枚举）即可。

引入libwiringPi库。

关于wiringPi库

在qt中控制GPIO主要是使用wiring，树莓派已自带，我们查询树莓派的物理引脚与wiringPi库的编号对应表，如下图：

如果我们要操作GPIO2，对应的物理引脚为3，如下图：

我们操作引脚的时候，引脚序号就为8（wPI），当前模式为输出，V代表的是当前的输入电压，1：3.3V，0：0V。

更详细的具体参照Demo1理解。

同时，我们在工程中要加入对应的头文件和库，如何调用wiringPi，请参照具体例程。

Demo1：GPIO口的输出

使用物理引脚3，默认功能为GPIO2，我们使用GPIO2驱动LED，此时涉及到硬件知识，树莓派的GPIO口的输出电压为3.3V，所以先设置GPIO为输出高低电平，间隔1s，因为是测试，不使用限流电阻。

限流电阻解释下：电路VCC--->电阻R--->LED--->GND，LED分压为固定的，VCC减去LED压降后得到的电压除以电阻R则是该条电路的电流，所以电阻决定了电流大小，故称之为限流电阻，一般的GPIO口都对电流有要求，例如stm32的单个GPIO口不超过25mA，总的电流也有限制，所以在开发的过程中，需要根据实际情况设计电路原理图。

电路原理图

跳线的电路原理图如下：

关键代码

初始化

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    _gpioOut.init(GpioOut::GPIO2, false);
    ui->label_gpio2->setStyleSheet(QString("background-color: %1").arg("green"));
    startTimer(1000);
}

每1s钟切换

void MainWindow::timerEvent(QTimerEvent *event)
{
    if(_gpioOut.readOutput(GpioOut::GPIO2))
    {
        _gpioOut.setOutput(GpioOut::GPIO2, false);
        ui->label_gpio2->setStyleSheet(QString("background-color: %1").arg("green"));
    }else{
        _gpioOut.setOutput(GpioOut::GPIO2, true);
        ui->label_gpio2->setStyleSheet(QString("background-color: %1").arg("red"));
    }
}

模块代码

gpiocout.h

#ifndef GPIOOUT_H
#define GPIOOUT_H
#include <QObject>
#include <QMap>
#include <QDebug>
#include "wiringPi.h"
class GpioOut : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    enum GPIO{
        GPIO2  = 3,
    };
public:
    explicit GpioOut(QObject *parent = 0);
public slots:
    void init(GPIO pin, bool output = false);
    void setOutput(GpioOut::GPIO pin, bool output);
    bool readOutput(GpioOut::GPIO pin);
private:
    QMap<GPIO, int> _mapPhysical2Wiring;
};
#endif // GPIOOUT_H
gpioout.cpp
#include "gpioout.h"
GpioOut::GpioOut(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    wiringPiSetup();
    _mapPhysical2Wiring.insert(GPIO2, 8);
}
void GpioOut::init(GpioOut::GPIO pin, bool output)
{
    pinMode(_mapPhysical2Wiring.value(pin), OUTPUT);
    digitalWrite(_mapPhysical2Wiring.value(pin), output?HIGH:LOW);
}
void GpioOut::setOutput(GpioOut::GPIO pin, bool output)
{
    digitalWrite(_mapPhysical2Wiring.value(pin), output?HIGH:LOW);
}
bool GpioOut::readOutput(GpioOut::GPIO pin)
{
    return digitalRead(_mapPhysical2Wiring.value(pin));
}

运行效果

Demo2：GPIO口的输入

使用物理引脚3，默认功能为GPIO2，我们使用GPIO2接受输入，此时涉及到硬件知识，让树莓派的GPIO口的输入电压为3.3V/0V即为输入1还是输入0，也涉及到限流电阻，一般使用1K或者10K的，因为是测试，此处不使用限流电阻，在开发的过程中，需要根据实际情况设计电路原理图。

电路原理图

关键代码

初始化

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    _gpioIn.init(GpioIn::GPIO2);
    bool in = _gpioIn.readOutput(GpioIn::GPIO2);
    ui->label_gpio2->setStyleSheet(QString("background-color: %1").arg(in?"red":"green"));
    startTimer(1000);
}

每一秒钟检测一次

void MainWindow::timerEvent(QTimerEvent *event)
{
    bool in = _gpioIn.readOutput(GpioIn::GPIO2);
    ui->label_gpio2->setStyleSheet(QString("background-color: %1").arg(in?"red":"green"));
}

模块代码

gpioin.h

#ifndef GPIOIN_H
#define GPIOIN_H
#include <QObject>
#include <QMap>
#include <QDebug>
#include "wiringPi.h"
class GpioIn : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    enum GPIO{
        GPIO2  = 3,
    };
public:
    explicit GpioIn(QObject *parent = 0);
public slots:
    void init(GPIO pin);
    bool readOutput(GpioIn::GPIO pin);
private:
    QMap<GPIO, int> _mapPhysical2Wiring;
};
#endif // GPIOIN_H
gpioin.h
#include "gpioin.h"
GpioIn::GpioIn(QObject *parent)
    : QObject(parent)
{
    wiringPiSetup();
    _mapPhysical2Wiring.insert(GPIO2, 8);
}
void GpioIn::init(GpioIn::GPIO pin)
{
    pinMode(_mapPhysical2Wiring.value(pin), OUTPUT);
}
bool GpioIn::readOutput(GpioIn::GPIO pin)
{
    return digitalRead(_mapPhysical2Wiring.value(pin));
}