ラズパイのGPIOを使う - プログラミング素人のはてなブログ

まずは、ラズパイでGPIOの基本的な使い方を確認していきます。
↓のような回路を作って、CDSで明るさを検出し、LEDを制御します。
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回路図用パーツを作る

ここで、回路図は水魚堂のエディタhttp://www.suigyodo.com/online/schsoft.htmを使っていますが、ラズパイの回路図部品がないので作成しました。

部品の作成はLcoV.exeというエディタで作成します。「回路図エディタBSch3V」をダウンロードすると一緒に入っているはずです。
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これを立ち上げて、”編集￥部品の新規作成”とクリックします。
ここで名前を「RASPBERRYPI」とつけます。
サイズを設定してOKで枠がつくられます。
"ピン"のアイコンまたは、"ツール￥ピン"を選択し、ピンを配置していきます。
ピンを必要数配置したら、”表示￥ピン編集ウィンドウ”でGPIO名やピン番号を設定して、保存します。
これで部品は完成です。
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次に、回路図エディタBSch3Vで、”設定￥ライブラリ￥add”　でさきほど作成したライブラリを読み込みます。
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これで、部品にラズパイが追加され、ラズパイを含む回路図が作成できます。
部品ファイルは↓にアップしておきました。よかったらご自由にご活用ください。
github.com

ターミナルでGPIOの状態を確認する

現在のGPIOの状態は、ターミナルからGPIO Readallコマンドで確認することができます。
ちょっと、最初はわかりにくいですが以下のように一覧で、ピン配置と同じように、段組みで表示されます。
前回調べた通り、10番Pin（physical）はGPIOの15(BCM)でINPUT MODEになっていることが確認できます。
WiringPiでは16番になるようです。

pi@raspberrypi:~ $ gpio readall
+-----+-----+---------+------+---+-Pi ZeroW-+---+------+---------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name  | Mode | V | Physical | V | Mode | Name    | wPi | BCM |
 +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
 |     |     |    3.3v |      |   |  1 || 2  |   |      | 5v      |     |     |
 |   2 |   8 |   SDA.1 |   IN | 1 |  3 || 4  |   |      | 5v      |     |     |
 |   3 |   9 |   SCL.1 |   IN | 1 |  5 || 6  |   |      | 0v      |     |     |
 |   4 |   7 | GPIO. 7 |   IN | 1 |  7 || 8  | 0 | IN   | TxD     | 15  | 14  |
 |     |     |      0v |      |   |  9 || 10 | 0 | IN   | RxD     | 16  | 15  |
 |  17 |   0 | GPIO. 0 |   IN | 0 | 11 || 12 | 0 | IN   | GPIO. 1 | 1   | 18  |
 |  27 |   2 | GPIO. 2 |   IN | 0 | 13 || 14 |   |      | 0v      |     |     |
 |  22 |   3 | GPIO. 3 |   IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN   | GPIO. 4 | 4   | 23  |
 |     |     |    3.3v |      |   | 17 || 18 | 0 | IN   | GPIO. 5 | 5   | 24  |
 |  10 |  12 |    MOSI |   IN | 0 | 19 || 20 |   |      | 0v      |     |     |
 |   9 |  13 |    MISO |   IN | 0 | 21 || 22 | 0 | IN   | GPIO. 6 | 6   | 25  |
 |  11 |  14 |    SCLK |   IN | 0 | 23 || 24 | 1 | IN   | CE0     | 10  | 8   |
 |     |     |      0v |      |   | 25 || 26 | 1 | IN   | CE1     | 11  | 7   |
 |   0 |  30 |   SDA.0 |   IN | 1 | 27 || 28 | 1 | IN   | SCL.0   | 31  | 1   |
 |   5 |  21 | GPIO.21 |   IN | 1 | 29 || 30 |   |      | 0v      |     |     |
 |   6 |  22 | GPIO.22 |   IN | 1 | 31 || 32 | 0 | IN   | GPIO.26 | 26  | 12  |
 |  13 |  23 | GPIO.23 |   IN | 0 | 33 || 34 |   |      | 0v      |     |     |
 |  19 |  24 | GPIO.24 |   IN | 0 | 35 || 36 | 0 | IN   | GPIO.27 | 27  | 16  |
 |  26 |  25 | GPIO.25 |   IN | 0 | 37 || 38 | 0 | IN   | GPIO.28 | 28  | 20  |
 |     |     |      0v |      |   | 39 || 40 | 0 | IN   | GPIO.29 | 29  | 21  |
 +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name  | Mode | V | Physical | V | Mode | Name    | wPi | BCM |
 +-----+-----+---------+------+---+-Pi ZeroW-+---+------+---------+-----+-----+

トランジスタの状態

ここで、CDSを手で覆う用にして「暗い」状態にすると、10番ピンがHIGHになります。
事前にCDSの抵抗を調べてあって、暗いときは10kΩ、明るいときは1kΩぐらいになっています。
3.3VをCDS、抵抗（ここでは1kΩ）に接続し、CDSと抵抗の分圧された位置からNPNトランジスタのBaseに接続しています。
明るいとき、CDSの抵抗が低くなり、BaseはHighになり、E-Cはつながり、10番がLowになります（GNDと10番がつながるため）。
暗いとき、CDSの抵抗が高くなりBaseはLowになり、E-Cは切れて、10番がHigh（プルアップされているため）になります。

CDSと抵抗の間からラズパイのGPIOに直接入力しても、電位水準は変わりますが読み取ることができます。
しかし、GPIOには中途半端な電位を入力するのはあまり良くないらしいので、トランジスタでHigh/Lowを明確にします。

いつも迷う、トランジスタのECB。刻印のある面を見て左から「エクボ」
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シリコントランジスター　2SA1015-GR　10個

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メディア:
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http://www.op316.com/tubes/tips/image/2sc1815.pdf

これで、ラズパイでHigh/Lowが読み取れることが確認できました。

WiringPiのインストール

WiringPiはもともとC言語でGPIOを制御するライブラリで、いろんな言語のラッパーが提供されています。
ここではpyhton3用のラッパーをインストールします。
Windowsには標準ではインストールされていないので、anaconda pronptからpipインストールします。

$pip install wiringpi

て、やろうとしたが、インストール失敗。
っていうか、Windows PCではどちらにしろGPIOの動作はできないのか…
だが、インストール出来ている例がｇｇｒと出てくるので、これはこれで別途調査する必要がある。

ラズパイにはインストール済みのようです。
インストール済みのライブラリは↓で確認できます。

$dpkg -l

入っていなければ、同様にpip3でインストールします。

GPIOの基本のプログラミング

CDSで明るさを検出してLEDを制御するプログラムをpython3で作成しました。

# -*- coding: utf-8 -*-
import wiringpi
import time
print("Start WiringPi!")

# プルアップ　INPUT
collector_pin = 15 # 10番pin(GPIO15)
# OUTPUT
LED_pin =23 #16番pin(GPIO23)

# GPIO初期化
wiringpi.wiringPiSetupGpio()
# GPIOを入力モード（0）/出力モード(1)に設定
wiringpi.pinMode( collector_pin,0)
wiringpi.pinMode( LED_pin,1)

wiringpi.digitalWrite(LED_pin,0)

while(True):
    if (wiringpi.digitalRead(collector_pin))==1:
        print("High")
        wiringpi.digitalWrite(LED_pin, 1)
    else:
        print("Low")
        wiringpi.digitalWrite(LED_pin, 0)
    time.sleep(1)