树莓派5操作GPIO
在树莓派上操作GPIO lgpio 库详解与使用指南 lgpio 是一个用于 Linux 系统的 GPIO（通用输入输出）控制库，专门为树莓派等单板计算机设计。它提供了高性能的 GPIO 操作接口，支持：
GPIO 读写操作 PWM 信号生成 舵机控制 中断处理 硬件定时器 lgpio 安装方法 在树莓派上安装 # 更新系统 sudo apt update sudo apt upgrade # 安装 lgpio sudo apt install python3-lgpio # 或者使用 pip 安装 pip3 install lgpio 验证安装 import lgpio print(lgpio.__version__) 核心功能 1. GPIO 设备管理 import lgpio # 打开 GPIO 设备 handle = lgpio.gpiochip_open(0) # 0 表示第一个 GPIO 控制器 # 关闭 GPIO 设备 lgpio.gpiochip_close(handle) 2. GPIO 配置 # 设置为输出模式 lgpio.gpio_claim_output(handle, gpio_pin, initial_value) # 设置为输入模式 lgpio.gpio_claim_input(handle, gpio_pin) # 设置为输入模式并启用上拉电阻 lgpio.gpio_claim_input(handle, gpio_pin, lgpio.PULL_UP) 3. GPIO 读写操作 # 写入 GPIO（输出模式） lgpio.gpio_write(handle, gpio_pin, value) # value: 0 或 1 # 读取 GPIO（输入模式） value = lgpio.gpio_read(handle, gpio_pin) # 返回 0 或 1 实际应用示例 示例 1：LED 控制 import lgpio import time class LEDController: def __init__(self, led_pin=18): self.led_pin = led_pin self.handle = None def init_led(self): """初始化 LED GPIO""" try: # 打开 GPIO 设备 self.handle = lgpio.gpiochip_open(0) if self.handle < 0: print("无法打开 GPIO 设备") return False # 设置 LED 引脚为输出模式 lgpio.gpio_claim_output(self.handle, self.led_pin, 0) print(f"LED 初始化成功，引脚: {self.led_pin}") return True except Exception as e: print(f"LED 初始化失败: {e}") return False def turn_on(self): """点亮 LED""" if self.handle is not None: lgpio.gpio_write(self.handle, self.led_pin, 1) print("LED 已点亮") def turn_off(self): """熄灭 LED""" if self.handle is not None: lgpio.gpio_write(self.handle, self.led_pin, 0) print("LED 已熄灭") def blink(self, times=5, interval=0.5): """LED 闪烁""" for i in range(times): self.turn_on() time.sleep(interval) self.turn_off() time.sleep(interval) def cleanup(self): """清理资源""" if self.handle is not None: lgpio.gpiochip_close(self.handle) self.handle = None print("LED 资源已清理") # 使用示例 if __name__ == "__main__": led = LEDController(led_pin=18) try: if led.init_led(): led.blink(3, 1.0) # 闪烁 3 次，间隔 1 秒 finally: led.cleanup() 示例 2：按钮输入检测 import lgpio import time class ButtonController: def __init__(self, button_pin=23): self.button_pin = button_pin self.handle = None self.last_state = None def init_button(self): """初始化按钮 GPIO""" try: self.handle = lgpio.gpiochip_open(0) if self.handle < 0: return False # 设置为输入模式，启用上拉电阻 lgpio.gpio_claim_input(self.handle, self.button_pin, lgpio.PULL_UP) print(f"按钮初始化成功，引脚: {self.button_pin}") return True except Exception as e: print(f"按钮初始化失败: {e}") return False def read_button(self): """读取按钮状态""" if self.handle is not None: # 读取按钮状态（上拉电阻，按下为 0，松开为 1） state = lgpio.gpio_read(self.handle, self.button_pin) return state == 0 # 返回 True 表示按下 def wait_for_press(self, timeout=None): """等待按钮按下""" start_time = time.time() while True: if self.read_button(): return True if timeout and (time.time() - start_time) > timeout: return False time.sleep(0.01) # 10ms 检测间隔 def cleanup(self): """清理资源""" if self.handle is not None: lgpio.gpiochip_close(self.handle) self.handle = None # 使用示例 if __name__ == "__main__": button = ButtonController(button_pin=23) try: if button.init_button(): print("按下按钮...") if button.wait_for_press(timeout=10): print("按钮已按下！") else: print("等待超时") finally: button.cleanup() 示例 3：舵机控制 import lgpio import time class ServoController: def __init__(self, servo_pin=18): self.servo_pin = servo_pin self.handle = None def init_servo(self): """初始化舵机""" try: self.handle = lgpio.gpiochip_open(0) if self.handle < 0: return False # 设置舵机引脚为输出模式 lgpio.gpio_claim_output(self.handle, self.servo_pin, 0) print(f"舵机初始化成功，引脚: {self.servo_pin}") return True except Exception as e: print(f"舵机初始化失败: {e}") return False def set_angle(self, angle): """设置舵机角度 (0-180度)""" if self.handle is None: print("舵机未初始化") return False try: # 计算脉冲宽度（微秒） min_pulse = 500 # 0.5ms max_pulse = 2500 # 2.5ms pulse_width = min_pulse + (angle / 180.0) * (max_pulse - min_pulse) # 使用 lgpio.tx_servo 控制舵机 lgpio.tx_servo(self.handle, self.servo_pin, int(pulse_width)) # 等待舵机转动 time.sleep(0.5) # 停止 PWM 信号 lgpio.tx_servo(self.handle, self.servo_pin, 0) print(f"舵机已转到 {angle} 度") return True except Exception as e: print(f"设置舵机角度失败: {e}") return False def cleanup(self): """清理资源""" if self.handle is not None: lgpio.tx_servo(self.handle, self.servo_pin, 0) lgpio.gpiochip_close(self.handle) self.handle = None print("舵机资源已清理") # 使用示例 if __name__ == "__main__": servo = ServoController(servo_pin=18) try: if servo.init_servo(): # 舵机转动演示 angles = [0, 45, 90, 135, 180, 90, 0] for angle in angles: servo.set_angle(angle) time.sleep(1) finally: servo.cleanup() 高级功能 PWM 控制 # 设置 PWM 频率和占空比 lgpio.tx_pwm(handle, gpio_pin, frequency, duty_cycle) # 停止 PWM lgpio.tx_pwm(handle, gpio_pin, 0, 0) 中断处理 # 设置 GPIO 中断回调 lgpio.callback(handle, gpio_pin, lgpio.RISING_EDGE, callback_function) 硬件定时器 # 创建硬件定时器 timer = lgpio.timer_start(frequency, callback_function) 注意事项 权限要求：需要 root 权限或 gpio 组权限 引脚冲突：避免使用系统保留的引脚 资源管理：及时清理 GPIO 资源 错误处理：添加适当的异常处理 性能考虑：避免过于频繁的 GPIO 操作 常见问题解决 权限问题 # 将用户添加到 gpio 组 sudo usermod -a -G gpio $USER # 重新登录后生效 引脚被占用 # 查看 GPIO 使用情况 gpioinfo # 释放被占用的引脚 sudo gpio unexportall 性能优化 使用适当的检测间隔 避免在循环中进行不必要的 GPIO 操作 考虑使用中断而不是轮询 总结 lgpio 是一个功能强大、性能优异的 GPIO 控制库，特别适合树莓派等单板计算机的硬件控制项目。通过合理使用其提供的功能，可以实现各种复杂的硬件控制应用。
