樹(shù)莓派5上的GPIO

通用輸入/輸出（GPIO）引腳是樹(shù)莓派上的物理連接器，允許樹(shù)莓派與傳感器、LED、電機(jī)等外部電子元件進(jìn)行交互。這些引腳可編程設(shè)置為輸入模式，用于從外部源（如傳感器）接收數(shù)據(jù)；也可設(shè)置為輸出模式，用于發(fā)送信號(hào)以控制外部設(shè)備（如點(diǎn)亮LED或啟動(dòng)電機(jī)）。

重要性

學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)：從教育角度來(lái)看，學(xué)習(xí)如何使用GPIO引腳是理解電子學(xué)、編程和嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是STEM教育的實(shí)用工具。

與傳感器和執(zhí)行器接口：GPIO引腳使樹(shù)莓派能夠從傳感器（如溫度、運(yùn)動(dòng)、光線(xiàn)傳感器）獲取輸入，并向執(zhí)行器（如電機(jī)、燈光、繼電器）發(fā)送命令，這對(duì)于自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至關(guān)重要。

GPIO本質(zhì)上使樹(shù)莓派能夠作為嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行，彌合了軟件與硬件之間的差距。

樹(shù)莓派5上的GPIO引腳類(lèi)型

樹(shù)莓派5延續(xù)了提供多功能通用輸入/輸出（GPIO）引腳的傳統(tǒng)，使其能夠與各種電子元件進(jìn)行交互。

與前代型號(hào)類(lèi)似，樹(shù)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(hào)：樹(shù)莓派GPIO引腳采用的兩種編號(hào)方案

使用樹(shù)莓派的GPIO引腳時(shí)，有兩種主要的編號(hào)方案可用于標(biāo)識(shí)引腳：

物理引腳編號(hào)（板編號(hào)）

物理引腳編號(hào)指的是樹(shù)莓派40引腳排針上引腳的實(shí)際位置，從左上角的引腳1依次編號(hào)至右下角的引腳40。此編號(hào)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(jué)指南或原理圖連接元件時(shí)，物理編號(hào)有助于布線(xiàn)，因?yàn)樗从沉伺裴樕弦_的實(shí)際位置。

BCM（博通系統(tǒng)級(jí)芯片通道）編號(hào)

BCM編號(hào)指的是基于樹(shù)莓派內(nèi)部系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC）為每個(gè)引腳分配的博通芯片特定GPIO編號(hào)。這些GPIO編號(hào)對(duì)應(yīng)于博通處理器上的實(shí)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(xiě)腳本或程序（如使用Python語(yǔ)言及RPi.GPIO或gpiozero等庫(kù)）時(shí)，通常采用BCM編號(hào)。樹(shù)莓派的內(nèi)部代碼和庫(kù)通過(guò)BCM編號(hào)而非物理布局來(lái)識(shí)別引腳。

兩種編號(hào)方案旨在滿(mǎn)足不同需求：

物理引腳編號(hào)：在物理連接元件時(shí)簡(jiǎn)單直觀(guān)。

BCM編號(hào)：在編程時(shí)更為精確，因?yàn)樗从沉伺c特定GPIO通道相關(guān)的實(shí)際硬件配置和功能。

對(duì)比示例：

引腳3（物理編號(hào)）：對(duì)應(yīng)BCM編號(hào)中的GPIO 2。

引腳5（物理編號(hào)）：對(duì)應(yīng)BCM編號(hào)中的GPIO 3。

電源引腳

這些引腳為連接到樹(shù)莓派的外部設(shè)備或電路供電。

5V引腳（引腳2和引腳4）：直接從樹(shù)莓派電源提供5V電壓，適用于為繼電器或高功率設(shè)備等元件供電。

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

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

標(biāo)準(zhǔn)GPIO引腳

數(shù)字輸入/輸出：這些引腳可根據(jù)任務(wù)編程設(shè)置為輸入或輸出模式。它們可以讀取外部設(shè)備的信號(hào)（輸入）或發(fā)送信號(hào)以控制外部設(shè)備（輸出）。

示例用途：讀取按鈕狀態(tài)（輸入）或控制LED（輸出）。

樹(shù)莓派5上的GPIO引腳包括GPIO 2、GPIO 3等，可通過(guò)BCM編號(hào)或物理引腳編號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。

UART引腳（通用異步收發(fā)傳輸器）

這些引腳用于與其他設(shè)備（如微控制器或其他樹(shù)莓派開(kāi)發(fā)板）進(jìn)行串行通信。

TXD（發(fā)送）：引腳8（BCM GPIO 14）。

RXD（接收）：引腳10（BCM GPIO 15）。

非常適合樹(shù)莓派與另一設(shè)備之間使用串行協(xié)議（如GPS模塊或無(wú)線(xiàn)通信芯片）進(jìn)行通信。

I2C引腳（集成電路互連總線(xiàn)）

I2C協(xié)議用于通過(guò)兩條共享線(xiàn)路（時(shí)鐘線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)）與多個(gè)低速設(shè)備進(jìn)行通信。

SDA（數(shù)據(jù)線(xiàn)）：引腳3（BCM GPIO 2）。

SCL（時(shí)鐘線(xiàn)）：引腳5（BCM GPIO 3）。

常用于將樹(shù)莓派連接到溫度、濕度或壓力傳感器等。

SPI引腳（串行外設(shè)接口）

SPI是一種高速通信協(xié)議，常用于與傳感器、顯示器和SD卡等設(shè)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(shí)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(shè)備進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信。

PWM引腳（脈沖寬度調(diào)制）

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種通過(guò)改變信號(hào)占空比來(lái)控制電機(jī)速度或調(diào)節(jié)LED亮度的技術(shù)。

PWM0：引腳12（BCM GPIO 18）。

PWM1：引腳33（BCM GPIO 13）。

這些引腳常用于機(jī)器人項(xiàng)目中控制電機(jī)速度、LED亮度或舵機(jī)。

EEPROM識(shí)別引腳

ID_SD（數(shù)據(jù)）：引腳27（BCM GPIO 0）。

ID_SC（時(shí)鐘）：引腳28（BCM GPIO 1）。

這些引腳用于通過(guò)硬件附加組件（HAT）上的EEPROM識(shí)別附加板，使樹(shù)莓派在連接配件板時(shí)能夠自動(dòng)配置設(shè)置。

樹(shù)莓派5上的引腳圖

要從樹(shù)莓派上直接查看樹(shù)莓派GPIO引腳布局概覽，可使用內(nèi)置的pinout命令。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的命令行工具，可顯示GPIO引腳的視覺(jué)表示、編號(hào)和功能。

打開(kāi)樹(shù)莓派終端，并運(yùn)行：

pinout

*使用樹(shù)莓派GPIO引腳時(shí)的安全注意事項(xiàng)

√ 避免將5V信號(hào)連接到3.3V GPIO引腳

樹(shù)莓派采用3.3V邏輯電平。將5V信號(hào)連接到任何GPIO引腳都可能損壞樹(shù)莓派的內(nèi)部電路。

務(wù)必檢查所連接設(shè)備或傳感器的電壓電平。如需，使用電平轉(zhuǎn)換器將5V信號(hào)轉(zhuǎn)換為3.3V。

√ 限制通過(guò)GPIO引腳的電流

GPIO引腳只能承受有限電流（通常每個(gè)引腳約16mA，所有GPIO引腳的總限制為50mA）。

連接LED或其他元件時(shí)，務(wù)必使用限流電阻（如220Ω至1kΩ），以防止電流過(guò)大，從而永久損壞GPIO引腳。

√ 謹(jǐn)防短路

短路是指電流通過(guò)非預(yù)期路徑流動(dòng)，通常繞過(guò)負(fù)載（如電阻或傳感器）。這可能導(dǎo)致電流過(guò)大，產(chǎn)生熱量積聚，進(jìn)而損壞硬件。

√ 正確接地

每個(gè)電路都需要一個(gè)公共接地（GND）以構(gòu)成完整電路。未將元件接地或接地連接不正確可能導(dǎo)致電路故障甚至損壞。

√ 避免熱插拔元件

在樹(shù)莓派通電時(shí)插拔元件（熱插拔）可能導(dǎo)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(zhuǎn)換器

使用較高電壓（如5V或12V）的設(shè)備接口時(shí)，必須確保樹(shù)莓派的3.3V GPIO引腳不會(huì)暴露于較高電壓。

√ 避免從樹(shù)莓派汲取過(guò)多電流

原因：樹(shù)莓派電源有限，從5V或3.3V引腳汲取過(guò)多電流可能導(dǎo)致不穩(wěn)定、重啟或損壞開(kāi)發(fā)板。

結(jié)論

了解樹(shù)莓派5的引腳圖對(duì)于充分發(fā)揮其在電子項(xiàng)目中的潛力至關(guān)重要。掌握了GPIO引腳類(lèi)型、編號(hào)系統(tǒng)和安全注意事項(xiàng)等知識(shí)后，用戶(hù)可以自信地連接各種元件，擴(kuò)展樹(shù)莓派的功能。無(wú)論是在使用傳感器、執(zhí)行器還是UART、I2C或SPI等通信協(xié)議，掌握GPIO都將為自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用開(kāi)啟無(wú)限可能。務(wù)必始終將安全放在首位，以保護(hù)樹(shù)莓派和所連接的外部設(shè)備。

本總結(jié)強(qiáng)調(diào)了理解GPIO引腳圖的重要性，同時(shí)也鼓勵(lì)進(jìn)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