前言
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本文介紹一下UP板的GPIO資源使用，以及一個使用Python演示一個簡單的demo。
本文使用Markdown寫成，為獲得更好的閱讀體驗和正常的圖片、鏈接，請訪問我的博客：
http://www.cnblogs.com/sjqlwy/p/up_1602.html
本文環境：ublinux 3.0；Win7_x64
通過閱讀本文你可以學到：
- UP Board GPIO 接口的介紹以及使用
- PyCharm 遠程調試 UP上的Python代碼
- Lemaker LN IO 拓展板的使用
- 使用RPi.GPIO這個Python庫控制1602液晶屏
UP板載GPIO接口介紹
UP板的GPIO接口兼容樹莓派40 Pin。實現起來比較復雜，部分從Intel Atom Z8350引出（需要電平轉換），部分由板載CPLD實現。
操作GPIO
官方提供了三種方式：用戶空間sysfs (shell)、RPi.GPIO庫（Python）和libMRAA（多種編程語言）。
Lemaker LN IO拓展板介紹
之前在雲漢社區試用Lemaker Guitar開發板時一並入手的。兼容樹莓派引腳。個人非常喜歡樂美客公司的產品，包括BananaPi、BananaPi Pro、Lemaker Guitar、96boards Hikey (Lemaker Version)，以及包括LN IO在內的三款拓展板，做工優良，可以在官方微店買到。LN IO 介紹頁面，電路原理圖 。
【下面是Lemaker Guitar開發板，上面就是LN IO 拓展板】我們下面將會利用板載的4個按鍵、LED燈以及1602接口。
Python控制LN IO 擴展板按鍵和LED
最近在學習Python，恰巧ubilinux移植了RPi.GPIO庫，讓我們可以非常方便地操作GPIO資源。吐槽一下，由於被動散熱片的存在，使用轉接線等會卡到無法完全貼合。
Blink！——控制發光二極管閃爍
我們以點亮LN IO上的led2為例：
【LED電路原理圖】LCD和LED是切換顯示的。可以看到LED2連接到GPIO0，那么GPIO0是對應樹莓派是哪個引腳呢？
【底板對應引腳】GPIO0對應物理引腳11。
【UP Board 引腳定義圖】為了方便起見，我們統一使用BOARD物理引腳編號而非BCM引腳編號。
- 關於樹莓派GPIO的操作可以參考芒果愛吃胡蘿卜這個博客，寫的非常不錯，由淺入深。本文部分以他的博文為基礎進行演示。
- ubilinux移植的RPi.GPIO庫僅兼容Python 2.x版本
- 為方便轉換，我們以BOARD編碼GPIO引腳順序（物理順序）
- LN IO Board的LED和LCD可以切換顯示，連接帽導通不同引腳即可。
下面創建一個文件lcd.py，內容如下，然后運行看看：sudo python lcd.py
#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
# 為保持兼容性，選擇GPIO引腳主板編號模式，也就是物理引腳編號
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
LedPin = 11
# 指定11引腳（就是LED長針連接的GPIO針腳）的模式為輸出模式
# LN IO 的GPIO0，主板編號是11，對應BCM模式引腳為17
GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT)
# 循環10次
for i in range(0, 10):
# 讓11引腳輸出高電平（LED燈亮）
GPIO.output(LedPin, True)
# 持續一段時間
time.sleep(0.5)
# 讓11引腳輸出低電平（LED燈滅）
GPIO.output(LedPin, False)
# 持續一段時間
time.sleep(0.5)
# 最后清理GPIO口（不做也可以，建議每次程序結束時清理一下，好習慣）
GPIO.cleanup()
效果如圖所示：
按鍵控制LED開關
有了上面的我們再來試試用按鍵控制LED，很多用過Arduino的應該輕車熟路啦。
#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
# 為保持兼容性，選擇GPIO引腳主板編號模式，也就是物理引腳編號
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setwarnings(False)
LedPin = 11
BtnPin = 13
# 11引腳（LED2）為輸出模式,13引腳（Key1）為輸入模式
GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT)
GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN)
try:
GPIO.output(LedPin, True)
while True:
time.sleep(0.01)
if (GPIO.input(BtnPin)) == False:
GPIO.output(LedPin, False)
else:
GPIO.output(LedPin, True)
except KeyboardInterrupt:
pass
# 最后清理GPIO口（不做也可以，建議每次程序結束時清理一下，好習慣）
GPIO.cleanup()
有興趣的可以做一個防按鍵抖動（Debounce）版本。
Python控制1602液晶屏顯示當前時間
感謝Hugo Zhu的這篇《如何使用Raspberry Pi在1602液晶屏上顯示當前時間--電子鍾》博文，他的博客非常棒，受益匪淺。以下仍然以BOARD編碼為例。
硬件包括LN IO 拓展板；1602液晶屏；USB無線網卡；UPBoard。注意LN IO拓展板將連接帽切換到LCD引腳。
1602液晶屏的引腳定義：
- VSS，接地
- VDD，接3.3V電源
- VO，液晶對比度調節，接電位器中間的引腳（板載R2）
- RS，寄存器選擇，接PB 03，Pin 29
- RW，讀寫選擇，接地，表示寫模式
- EN，使能信號，接PB 13，Pin 33
- D0，數據位0，4位工作模式下不用，不接
- D1，數據位1，4位工作模式下不用，不接
- D2，數據位2，4位工作模式下不用，不接
- D3，數據位3，4位工作模式下不用，不接
- D4，數據位4，接GPIO 4，Pin 16
- D5，數據位5，接GPIO 5，PIN 18
- D6，數據位6，接GPIO 6，PIN 22
- D7，數據位7，接GPIO 7，PIN 7
- A，液晶屏背光+，接3.3v
- K，液晶屏背光-，接地
源代碼可以從github頁面下載，修改相關引腳序號，如下：
#!/usr/bin/python
#
# based on code from lrvick and LiquidCrystal
# lrvic - https://github.com/lrvick/raspi-hd44780/blob/master/hd44780.py
# LiquidCrystal - https://github.com/arduino/Arduino/blob/master/libraries/LiquidCrystal/LiquidCrystal.cpp
#
from time import sleep
from datetime import datetime
from time import sleep
class Adafruit_CharLCD:
# commands
LCD_CLEARDISPLAY = 0x01
LCD_RETURNHOME = 0x02
LCD_ENTRYMODESET = 0x04
LCD_DISPLAYCONTROL = 0x08
LCD_CURSORSHIFT = 0x10
LCD_FUNCTIONSET = 0x20
LCD_SETCGRAMADDR = 0x40
LCD_SETDDRAMADDR = 0x80
# flags for display entry mode
LCD_ENTRYRIGHT = 0x00
LCD_ENTRYLEFT = 0x02
LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT = 0x01
LCD_ENTRYSHIFTDECREMENT = 0x00
# flags for display on/off control
LCD_DISPLAYON = 0x04
LCD_DISPLAYOFF = 0x00
LCD_CURSORON = 0x02
LCD_CURSOROFF = 0x00
LCD_BLINKON = 0x01
LCD_BLINKOFF = 0x00
# flags for display/cursor shift
LCD_DISPLAYMOVE = 0x08
LCD_CURSORMOVE = 0x00
# flags for display/cursor shift
LCD_DISPLAYMOVE = 0x08
LCD_CURSORMOVE = 0x00
LCD_MOVERIGHT = 0x04
LCD_MOVELEFT = 0x00
# flags for function set
LCD_8BITMODE = 0x10
LCD_4BITMODE = 0x00
LCD_2LINE = 0x08
LCD_1LINE = 0x00
LCD_5x10DOTS = 0x04
LCD_5x8DOTS = 0x00
# LN IO Board: RS=PB03=29, EN=PB13=33; DB4-7=GPIO4-7=16,18,22,7
def __init__(self, pin_rs=29, pin_e=33, pins_db=[16,18,22,7], GPIO = None):
# Emulate the old behavior of using RPi.GPIO if we haven't been given
# an explicit GPIO interface to use
if not GPIO:
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setwarnings(False)
self.GPIO = GPIO
self.pin_rs = pin_rs
self.pin_e = pin_e
self.pins_db = pins_db
self.GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
self.GPIO.setup(self.pin_e, GPIO.OUT)
self.GPIO.setup(self.pin_rs, GPIO.OUT)
for pin in self.pins_db:
self.GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
self.write4bits(0x33) # initialization
self.write4bits(0x32) # initialization
self.write4bits(0x28) # 2 line 5x7 matrix
self.write4bits(0x0C) # turn cursor off 0x0E to enable cursor
self.write4bits(0x06) # shift cursor right
self.displaycontrol = self.LCD_DISPLAYON | self.LCD_CURSOROFF | self.LCD_BLINKOFF
self.displayfunction = self.LCD_4BITMODE | self.LCD_1LINE | self.LCD_5x8DOTS
self.displayfunction |= self.LCD_2LINE
""" Initialize to default text direction (for romance languages) """
self.displaymode = self.LCD_ENTRYLEFT | self.LCD_ENTRYSHIFTDECREMENT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode) # set the entry mode
self.clear()
def begin(self, cols, lines):
if (lines > 1):
self.numlines = lines
self.displayfunction |= self.LCD_2LINE
self.currline = 0
def home(self):
self.write4bits(self.LCD_RETURNHOME) # set cursor position to zero
self.delayMicroseconds(3000) # this command takes a long time!
def clear(self):
self.write4bits(self.LCD_CLEARDISPLAY) # command to clear display
self.delayMicroseconds(3000) # 3000 microsecond sleep, clearing the display takes a long time
def setCursor(self, col, row):
self.row_offsets = [ 0x00, 0x40, 0x14, 0x54 ]
if ( row > self.numlines ):
row = self.numlines - 1 # we count rows starting w/0
self.write4bits(self.LCD_SETDDRAMADDR | (col + self.row_offsets[row]))
def noDisplay(self):
""" Turn the display off (quickly) """
self.displaycontrol &= ~self.LCD_DISPLAYON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def display(self):
""" Turn the display on (quickly) """
self.displaycontrol |= self.LCD_DISPLAYON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def noCursor(self):
""" Turns the underline cursor on/off """
self.displaycontrol &= ~self.LCD_CURSORON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def cursor(self):
""" Cursor On """
self.displaycontrol |= self.LCD_CURSORON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def noBlink(self):
""" Turn on and off the blinking cursor """
self.displaycontrol &= ~self.LCD_BLINKON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def noBlink(self):
""" Turn on and off the blinking cursor """
self.displaycontrol &= ~self.LCD_BLINKON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def DisplayLeft(self):
""" These commands scroll the display without changing the RAM """
self.write4bits(self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVELEFT)
def scrollDisplayRight(self):
""" These commands scroll the display without changing the RAM """
self.write4bits(self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVERIGHT);
def leftToRight(self):
""" This is for text that flows Left to Right """
self.displaymode |= self.LCD_ENTRYLEFT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode);
def rightToLeft(self):
""" This is for text that flows Right to Left """
self.displaymode &= ~self.LCD_ENTRYLEFT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode)
def autoscroll(self):
""" This will 'right justify' text from the cursor """
self.displaymode |= self.LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode)
def noAutoscroll(self):
""" This will 'left justify' text from the cursor """
self.displaymode &= ~self.LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode)
def write4bits(self, bits, char_mode=False):
""" Send command to LCD """
self.delayMicroseconds(1000) # 1000 microsecond sleep
bits=bin(bits)[2:].zfill(8)
self.GPIO.output(self.pin_rs, char_mode)
for pin in self.pins_db:
self.GPIO.output(pin, False)
for i in range(4):
if bits[i] == "1":
self.GPIO.output(self.pins_db[::-1][i], True)
self.pulseEnable()
for pin in self.pins_db:
self.GPIO.output(pin, False)
for i in range(4,8):
if bits[i] == "1":
self.GPIO.output(self.pins_db[::-1][i-4], True)
self.pulseEnable()
def delayMicroseconds(self, microseconds):
seconds = microseconds / float(1000000) # divide microseconds by 1 million for seconds
sleep(seconds)
def pulseEnable(self):
self.GPIO.output(self.pin_e, False)
self.delayMicroseconds(1) # 1 microsecond pause - enable pulse must be > 450ns
self.GPIO.output(self.pin_e, True)
self.delayMicroseconds(1) # 1 microsecond pause - enable pulse must be > 450ns
self.GPIO.output(self.pin_e, False)
self.delayMicroseconds(1) # commands need > 37us to settle
def message(self, text):
""" Send string to LCD. Newline wraps to second line"""
for char in text:
if char == '\n':
self.write4bits(0xC0) # next line
else:
self.write4bits(ord(char),True)
if __name__ == '__main__':
lcd = Adafruit_CharLCD()
lcd.noBlink()
# lcd.clear()
# lcd.message("Hello, Jessica!\nHow are you? .....abcdefghijg ")
# lcd.scrollDisplayRight()
while True:
sleep(1)
lcd.clear()
lcd.message(datetime.now().strftime(' %I : %M : %S \n%a %b %d %Y'))
每秒更新，顯示當前時間，效果如圖所示：
進階
分析代碼可知，該代碼段可作為1602驅動庫，支持1602的基本顯示控制。后面可以自定義顯示自己的信息，例如做一個小鬧鍾。
PyCharm遠程調試UP Board上的Python程序
由於在UP Board上使用終端界面調試Python確實不很方便（其實是PyCharm用起來太爽了），所以使用Windows 上的PyCharm調試UP Board上的程序，可以直接使用UP的GPIO硬件資源，並且可以非常方便地安裝各種庫，簡直停不下來，當然前文提到的cloud9也不錯。遠程調試功能只有專業版（Professional）可用，免費的社區版（Community）無此功能。通過edu郵箱驗證可以免費使用專業版。
參考這篇文章pycharm 遠程調試進行設置即可，注意點如下：
- 因為我們使用ubilinux移植的RPi.GPIO庫，所以解釋器只能選擇python2
- 需要啟用root賬戶並更改ssh設置允許root登錄
- 可以通過PyCharm更新UP板上的Python庫
sudo passwd root #啟用root賬戶
sudo nano /etc/ssh/sshd_config # 添加 PermitRootLogin yes，Ctrl+O保存，Ctrl+X退出
sudo systemctl restart sshd # 重啟SSH服務，使更改生效
效果如圖所示：
