Une introduction au Raspberry Pi GPIO

Quelle est la particularité du Raspberry Pi?

C’est une question que je me pose souvent et la réponse est généralement la même. Les broches GPIO bien sûr! Ces petites broches stabby le long du haut du Pi qui vous permettent de connecter des boutons, des buzzers, des capteurs et des HAT.

Sur les deux premiers modèles de Raspberry Pi, il n’y avait que 26 broches, mais il est rapidement devenu évident que plus c’est mieux et donc pour chaque modèle depuis le B + en juillet 2014, il y a eu 40 broches GPIO sur les modèles Raspberry Pi A et B . Sur le Raspberry Pi Zero, il y a encore 40 broches que vous pouvez utiliser, mais elles sont «  sans en-tête  », ce qui signifie que vous pouvez souder directement sur la carte à la place des broches, ou vous pouvez souder votre propre en-tête (ce qui n’est pas aussi délicat que cela puisse paraître et peut être très amusant).

Mais qu’est-ce qui rend ces épingles si spéciales?

GPIO signifie General Purpose Input-Output, ce qui signifie en termes simples que les broches peuvent être utilisées soit comme entrées, qui reçoivent des données, soit comme sorties, qui réagissent aux données. Une entrée peut inclure un bouton ou un capteur, une sortie peut être une LED ou un buzzer. Cela signifie que nous pouvons créer des projets informatiques physiques passionnants qui réagissent et interagissent avec le monde réel au lieu d’apprendre simplement à programmer du texte à l’écran!

Toutes les broches ne sont pas programmables et contrôlables, en fait, il n’y en a que 26 qui peuvent être utilisées de cette manière, mais les autres broches ont toutes des fonctions utiles également.

Jetez un œil à ce diagramme de broches créé par la Fondation Raspberry Pi qui vous indique tout d’abord quelles broches sont des broches GPIO programmables, en jaune, mais met également en évidence certaines informations sur les autres broches. Ce diagramme suppose que la broche 21 est la broche la plus proche des ports USB.

(crédit image: Fondation Raspberry Pi)

Les deux premières broches en haut à gauche sont étiquetées 5v, ce qui signifie que si vous utilisez un composant qui a besoin d’alimentation, vous pouvez le connecter à l’alimentation 5v. De même, si votre composant a besoin de moins d’énergie, vous pouvez le connecter à l’une des deux broches 3,3v – cela peut être un bon moyen de tester une LED, en la connectant directement à une 3,3v et à une broche de terre (via une résistance de bien sûr), vous pouvez vérifier si cela fonctionne. Le 3.3v devrait signifier que votre LED est «toujours allumée», si elle ne s’allume pas lorsqu’elle est testée de cette façon, vous pouvez constater que votre LED ne fonctionne plus.

Il y a huit broches qui sont étiquetées comme broches de terre. Si vous repensez à la physique de l’école primaire, vous vous souvenez peut-être que pour compléter un circuit, il doit être attaché à un négatif ou à la terre. Fondamentalement, tout circuit que vous créez doit avoir un côté attaché à une broche de terre, cependant, il est possible que les composants partagent une terre commune, par exemple si vous utilisez une planche à pain, vous pouvez faire une terre ou une colonne entière et connecter des composants à que plutôt que chaque partie à une broche de terre individuelle.

Enfin, il y a deux broches étiquetées dans le diagramme comme ID EEPROM, ne vous inquiétez pas, vous n’avez pas besoin de connaître ces deux broches en ce qui concerne les HAT et les cartes d’extension. La chose clé à retenir est que vous ne devriez pas y brancher des objets!

Chapeaux?

L’une des grandes choses à propos de Raspberry Pi est qu’il y a tellement d’entreprises innovantes et créant des produits passionnants qui peuvent être facilement attachés! L’une des raisons pour lesquelles il y a maintenant 40 broches GPIO est de faciliter la création de HAT par les entreprises – ces deux broches EEPROM permettent de brancher et d’intégrer facilement des HAT au matériel Raspberry Pi!

HATs signifie Hardware Attached on Top et a été introduit pour la première fois en 2014. Il y a une série de règles qu’une carte doit suivre pour être officiellement appelée HAT (sinon c’est juste une carte d’extension). Les HAT peuvent prendre en charge un certain nombre de fonctionnalités intéressantes – de automatisation de la maison à arcades à la maison, même pianos, il existe un certain nombre de HAT passionnants actuellement sur le marché pour ajouter des fonctionnalités incroyables et rien de plus qu’officiel Raspberry Produit Pi, le Chapeau Sense.

Le chapeau Sense a été créé en pensant aux jeunes. Il y a actuellement deux chapeaux Sense dans la Station spatiale internationale, exécutant du code écrit par des enfants dans le cadre de la compétition Astro Pi. Si vous êtes impliqué dans des écoles ou des clubs de jeunes de quelque manière que ce soit, cela vaut la peine Astro Pi concours qui est organisé chaque année par l’Agence spatiale européenne et la Fondation Raspberry Pi à l’automne.

Ce qui rend le Sense Hat spécial, c’est qu’il possède plusieurs capteurs intégrés, y compris un gyroscope, un accéléromètre et une boussole, ainsi que la température, la pression et l’humidité, ce qui donne aux enfants qui envisagent de participer à la compétition la possibilité de réfléchir aux implications scientifiques de leurs lectures de données tirées de espace! Il a également une matrice de 8×8 néopixels et un joystick, qui pourrait être utilisé pour un certain nombre de projets intéressants, cependant, dans mon esprit, c’est un excellent outil si vous avez envie de programmer un jeu rapide de serpent sur votre écran.

Et les numéros de broches?

Vous avez peut-être remarqué que les numéros de broches ne semblent pas vraiment être dans un ordre logique. Parfois, ils sont dans l’ordre numérique, mais le plus souvent, les numéros de broches peuvent être assez déroutants!

Il convient de noter ici que les broches sont parfois étiquetées différemment du schéma ci-dessus, mais le système de numérotation le plus courant est celui que nous avons examiné, connu sous le nom de numérotation des broches BCM (numérotation des broches Broadcom). Vous pouvez parfois trouver quelqu’un se référant à la numérotation «  tableau  » ou «  physique  » qui implique simplement de compter les broches et de leur attribuer un numéro, mais BCM est beaucoup plus courant et est le numéro que vous devrez utiliser si vous souhaitez utiliser Scratch ou les bibliothèques GPIO Zero ou RPi.GPIO en Python. J’ai tendance à emporter des imprimés des numéros de broche pour les ateliers, mais si vous n’avez pas la patience, consultez le Carte PortsPlus qui se trouve juste au-dessus des broches GPIO et les étiquette clairement (également disponible en une règle formulaire complet avec des astuces Python pratiques). L’idée derrière PortsPlus est qu’il peut s’asseoir sous vos projets et simplement rester sur les broches pour une référence rapide.

Alors, comment cela fonctionne-t-il dans la pratique?

Jetons un œil à un simple circuit LED sur une maquette. Remarquez que le câble bleu est branché sur quelle serait la broche en bas à droite du diagramme de broches GPIO? Cela signifie que j’ai connecté toute la colonne de la maquette à une broche de mise à la terre afin que tout ce que je branche sous le câble bleu soit mis à la terre.

Le câble rouge part de la rangée connectée à la branche positive de la LED dans la broche supérieure droite, appelée broche 21.

Nous pouvons maintenant écrire un programme qui fera clignoter notre LED. Jetons un œil au programme pour Scratch et Python:

Dans ce script, nous avons utilisé des blocs violets ‘set GPIO’ qui se trouvent dans le menu ‘more blocks’ de Scratch 2.0 sur le Raspberry Pi. Vous verrez le numéro 21 sur l’étiquette GPIO, puis définissez-le sur «sortie haute» ou «sortie basse» pour allumer et éteindre la LED. Nous savons de la construction du circuit que 21 est le numéro de la broche à laquelle nous avons connecté le côté positif de la LED!

Pour faire clignoter une LED en Python, une variable doit être affectée au numéro de broche approprié. Dans ce cas, à la ligne 4, une variable appelée light a été déclaré comme une LED sur la broche 21 de sorte que lorsque nous avons appelé light.on() sur la ligne 7, le programme sait qu’il doit allumer la LED sur la broche 21. Si vous aviez branché votre LED dans une broche GPIO numérotée différente ou ajouté plus de LED sur différentes broches, vous auriez besoin de changer le nombre entre parenthèses à tout le numéro de broche BCM correct est.

J’espère que cela vous a aidé à comprendre un peu plus les broches GPIO d’un Raspberry Pi. Si vous voulez savoir où aller ensuite, pourquoi ne pas vous procurer un CamJam Edukit, qui fournit tout le matériel dont vous avez besoin pour commencer ainsi que huit feuilles de travail afin que vous puissiez réaliser quelques projets informatiques physiques simples avec votre Raspberry Pi.

Pour plus d’informations sur les broches, consultez Pinout.xyz qui est un guide de référence rapide complet.