Полное руководство по GPIO Raspberry Pi: распиновка, функции и использование

Raspberry Pi — ключевой микроконтроллер в робототехнике и электронике благодаря совместимости с периферией: аудио, свет, датчики. В этой статье подробно разберем GPIO распиновку.

Знакомство с GPIO-выводами

Рис. 1: Raspberry Pi для DIY электроники

GPIO-вывод — цифровой вход/выход, имеющий два состояния: вкл/выкл. Полный список ключевых пинов:

Выводы 5В

Выходные пины, выдающие 5В от Raspberry Pi. Обычно пины 2 и 4.

Выводы 3.3В

Подают 3.3В на внешние компоненты. Пины 1 и 17.

Выводы GND (земля)

Заземление защищает плату от перегрузок и служит опорой для измерения напряжения. GPIO-заземление: пины 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34, 39.

Резервные пины

Для альтернативных функций: EEPROM и I2C. Неподготовленным пользователям к ним ничего не подключать. Пины 27 и 28.

Функции GPIO-выводов

Рис. 2: GPIO с компонентами на печатной плате

ШИМ (PWM)

GPIO преобразует цифровые сигналы в аналоговые через ШИМ. Все пины поддерживают программный ШИМ, аппаратный — только пины 12, 13, 18, 19.

SPI (Serial Peripheral Interface)

SPI обеспечивает связь с устройствами (актуаторы, датчики) по протоколу мастер-слейв. Включает MOSI (Master Out Slave In) для передачи данных и MISO (Master In Slave Out) для приема.

Требуется минимум 5 GPIO: MISO, MOSI, GND, CE (Chip Enable), SCLK (тактовый сигнал). CE включает/выключает периферию, SCLK — тактирование.

I2C (Inter-Integrated Circuit)

Рис. 3: Raspberry Pi Pico

I2C GPIO управляет периферией. Ключевые линии: SDA (Serial Data) и SCL (Serial Clock). Также передаются данные EEPROM.

SDA — GPIO2 (физический пин 3), SCL — GPIO3 (физ. пин 5). Для EEPROM: данные — GPIO0 (пин 27), тактирование — GPIO1 (пин 28).

UART

UART — последовательная битовая передача. Нужны передатчик (TX) и приемник (RX). GPIO14 — TX, GPIO15 — RX.

Как определить распиновку для вашей Raspberry Pi?

Рис. 4: Однофлатная плата Raspberry Pi

Нужно знать версию GPIO. Существуют Raspberry Pi 1, 2, 3, 4.

Raspberry Pi 1

Первая версия: 26-пиновый GPIO. Вторая ревизия изменила нумерацию BCM для I2C: с 0/1 на 2/3 из-за смены CPU.

Raspberry Pi 2, 3, 4

Все имеют 40-пиновый GPIO. Первые 26 пинов идентичны. Дополнительные 24 пина расширяют функционал:.serial протоколы I2C, SPI.

Цветовое кодирование, названия сигналов и пинов SPI помогают идентифицировать части. Проверьте эти коды для настройки удаленного GPIO.

Заключение

Raspberry Pi — ценная плата благодаря обширному набору GPIO. Мы рассмотрели критические пины для любой модели. По вопросам — пишите нам, поможем оперативно.