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。這些引腳可編程設置為輸入模式，用于從外部源（如傳感器）接收數據；也可設置為輸出模式，用于發送信號以控制外部設備（如點亮LED或啟動電機）。

重要性

學習與實驗：從教育角度來看，學習如何使用GPIO引腳是理解電子學、編程和嵌入式系統的基礎，是STEM教育的實用工具。

與傳感器和執行器接口：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，并向執行器（如電機、燈光、繼電器）發送命令，這對于自動化、機器人技術和物聯網應用至關重要。

GPIO本質上使樹莓派能夠作為嵌入式系統運行，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延續了提供多功能通用輸入/輸出（GPIO）引腳的傳統，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（博通系統級芯片通道）編號

BCM編號指的是基于樹莓派內部系統級芯片（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通道相關的實際硬件配置和功能。

對比示例：

引腳3（物理編號）：對應BCM編號中的GPIO 2。

引腳5（物理編號）：對應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備等元件供電。

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

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

標準GPIO引腳

數字輸入/輸出：這些引腳可根據任務編程設置為輸入或輸出模式。它們可以讀取外部設備的信號（輸入）或發送信號以控制外部設備（輸出）。

示例用途：讀取按鈕狀態（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識。

UART引腳（通用異步收發傳輸器）

這些引腳用于與其他設備（如微控制器或其他樹莓派開發板）進行串行通信。

TXD（發送）：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備之間使用串行協議（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協議用于通過兩條共享線路（時鐘線和數據線）與多個低速設備進行通信。

SDA（數據線）：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（串行外設接口）

SPI是一種高速通信協議，常用于與傳感器、顯示器和SD卡等設備接口。

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備進行高速數據通信。

PWM引腳（脈沖寬度調制）

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

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（數據）：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部電路。

務必檢查所連接設備或傳感器的電壓電平。如需，使用電平轉換器將5V信號轉換為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期路徑流動，通常繞過負載（如電阻或傳感器）。這可能導致電流過大，產生熱量積聚，進而損壞硬件。

√ 正確接地

每個電路都需要一個公共接地（GND）以構成完整電路。未將元件接地或接地連接不正確可能導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換器

使用較高電壓（如5V或12V）的設備接口時，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致不穩定、重啟或損壞開發板。

結論

了解樹莓派5的引腳圖對于充分發揮其在電子項目中的潛力至關重要。掌握了GPIO引腳類型、編號系統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、執行器還是UART、I2C或SPI等通信協議，掌握GPIO都將為自動化、物聯網和機器人技術應用開啟無限可能。務必始終將安全放在首位，以保護樹莓派和所連接的外部設備。

本總結強調了理解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