樹莓派的GPIO可以控制發光二極管，這是GPIO的Output（輸出）能力，它也具有input（讀取）的能力，所以才能叫做I/O（輸入/輸出）端口。今天我們就來用GPIO的引腳來讀取按鈕的狀態。

需要的材料

要完成本次實驗，我們需要如下的元器件。

• 開關按鈕，2腳或四腳都可以。
• 兩條跳線
• 面包板（可選，沒有面包板，需要把元器件直接連接，容易出問題）
• 樹莓派GPIO擴展組件（可選）

開關按鈕

在我們日常生活中，開關按鈕非常常見，每個電器的開關都是一個開關按鈕。今天我們用的按鈕如下圖：

平時按鈕的2個引腳是斷開的，當按鈕按下時，會連通2個引腳。四個引腳的按鈕原理一樣，只是兩邊的引腳是相通的，方便在電路中與其他元器件的連接。開關在電路圖中的符合較多，常見的如下：

其他元器件上一節講過，這里不再贅述。

所有器件的全家福如下：

讓我們按下面的電路把元器件連接起來。

把開關的一端引腳連到GPIO的GND（接地點），另一端連接到GPIO 27引腳。最終連接好后電路實物如下

電路好了，接下來我們編寫程序來讀取按鈕狀態。

讀取按鈕狀態的Python程序

我們先用gpiozero庫來讀取按鈕狀態，上一講提到過這個類庫對讀取按鈕狀態做了封裝，可以直接使用它的button類。在Thonny中新建一個python程序，代碼如下：

from gpiozero import Button  #引入Button類


button = Button(27)    #按鈕鏈接了GPIO27
button.wait_for_press()   #等待按鈕被按下
print("你按了按鈕")  #輸出語句

運行這個程序，當按鈕被按下時，可以看到在Thonny的輸出窗口打印出來“你按了按鈕”

這個程序在打印語句后就會退出，如果我們希望程序可以一直讀取按鈕狀態，需要加入while循環。我們修改代碼如下：

from gpiozero import Button  #引入Button類


button = Button(27)    #按鈕鏈接了GPIO27
while True:
    button.wait_for_press()
    print("你按了按鈕")

執行程序，然后按一下按鈕，你發現了什么？是不是和我們預想的不同？是的，你的程序打印了很多的“你按了按鈕”，而不是只有一個。

為什么會這樣呢？

這是因為計算機的世界里事情發生的非常快，當我們按下按鈕時，程序打印了“你按了按鈕”后會馬上回到while循環的第一句，也就是button.wait_for_press()，這僅需要幾毫秒的時間，此時，我們的按鈕還在被按下的狀態，不需要等待被按下，所以就會馬上執行下面的打印語句，然后繼續下一個循環。雖然我們按了一下很快放開了按鈕，但是按鈕被按下的時間可能有幾百毫秒，而每個循環只需要幾毫秒，循環被執行了多次，我們就看到了很多的”“你按了按鈕”。

那么如何實現我們按一次按鈕，打印一句“你按了按鈕”呢？我們可以加入一個等待語句，打印后稍等一下再進入下一個循環，此時按鈕應該已經彈起了。新程序如下：

from gpiozero import Button
from time import sleep


button = Button(27)
while True:
    button.wait_for_press()
    print("你按了按鈕") 
    sleep(0.3)  #等待300毫秒，然后再進入下一次循環。

執行程序，我們可以看到每次按下，"你按了按鈕"只會打印一次。

如果我們再按幾次，每次都會打印一句"你按了按鈕"，而不是每次打印非常多句了。

使用RPi.GPIO庫來讀取按鈕狀態

剛才我們用gpiozero來讀取按鈕狀態，語句容易理解，編寫程序也容易，如果我們換成RPi.GPIO庫應該怎么寫程序呢？

這就比較復雜了，當把GPIO引腳設置為輸入時，需要定義該引腳連接了上拉電阻還是下拉電阻，這2個概念對于孩子理解起來并不容易，可以簡單理解為上拉電阻是引腳通過電阻連接高電位，下拉電阻是引腳通過電阻連接低電位。在我們的電路中沒有接入電阻，但按原理應該算成是上拉電阻模式。最終的程序如下：

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep
GPIO.setmode(GPIO.BCM)


GPIO.setup(27,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP) #設置GPIO27為上拉電阻模式的輸入


while True:
    in_value = GPIO.input(27)
    if in_value == False:
        print("你按了按鈕")
        sleep(0.3)

執行這個程序，可以得到和前面用gpiozero庫一樣的效果，只是理解起來更難一些而已。

好了，現在我們已經知道如何通過GPIO來讀取外部數據（按鈕狀態），也知道如何控制外部世界（發光二極管），接下來我們將用樹莓派制作一個具有實用價值的東西：紅綠燈。