كل ما تحتاج لمعرفته حول دبابيس Raspberry Pi GPIO

من ممارسة الألعاب إلى تشغيل نظام Kodi الترفيهي، هناك الكثير مما يمكنك فعله باستخدام Raspberry Pi. ولكن يمكنك القيام بالمزيد من الأشياء إذا كنت تعرف طريقك حول المدخلات والمخرجات للأغراض العامة (GPIO). فيما يلي دليل لمساعدتك على العمل مع دبابيس Raspberry Pi GPIO!

ما هي دبابيس Raspberry Pi GPIO؟

دبابيس GPIO الخاصة بـ Raspberry Pi هي تلك المسامير المعدنية التي تبرز من جانب واحد، مباشرة في الجهة المقابلة لمكان وجود موصلات HDMI والطاقة.

ومع ذلك، لا يتم اعتبار كل تلك المنافذ بمثابة “GPIO”. من بينها، 26 يمكن ضبطها في منافذ الإدخال والإخراج المنطقية. تلك هي دبابيس GPIO. الباقي عبارة عن دبابيس طاقة.

من خلال برمجة هذه إما إلى منافذ الإدخال أو الإخراج، يمكنك تحويلها إلى كمبيوتر منطقي يمكنه قراءة المدخلات وإظهار المخرجات. على سبيل المثال، يمكنك توصيل طرف إدخال بدائرة زر ضغط ودبوس إخراج بمصباح LED بحيث يضيء عند الضغط على زر الضغط.

راسبيري باي بينوت

قبل أن تتمكن من برمجة كل طرف إلى مدخلات ومخرجات، عليك أولاً معرفة أي طرف هو.

يتم ترقيم كل دبوس في Raspberry Pi من 1 إلى 40. إذا نظرت إلى Raspberry Pi بطريقة تشير فيها منافذ USB إلى الأرض، فيجب أن يكون الدبوس العلوي الأيسر هو الدبوس 1. أما الدبوس الموجود على يمينه فهو الدبوس 2، ويستمر العد حتى تصل إلى الدبوس 40 في أسفل اليمين.

الآن الأطراف التالية ليست GPIO – فهي عبارة عن أطراف طاقة يتم شحنها باستمرار لإخراج جهد (3v3 و5V) أو مخصصة لاستقبال الجهد (الأرضي).

• 1 و 17 (3 ضد 3)
• 2 و 4 (5 فولت)
• 6، 9، 14، 20، 25، 30، 34، 39 (الأرضي)

عادةً، يمكنك تسمية هذه الدبابيس بأسمائها. لذا، إذا كنت تشير إلى الطرف 7 باعتباره GPIO، فيمكنك فقط تسميته بالطرف 7. وهذا ما يسمى ترقيم المجلس.

ومن ناحية أخرى، يمكنك أيضًا الاتصال بهم من خلال ترقيمهم الفردي استنادًا إلى شريحة معالج الأجهزة الطرفية. ويشار إلى هذا باسم ترقيم BCM وتم تسميتها بهذه الطريقة لأن الشريحة التي تقوم بتشغيل هذه المنافذ تنتمي إلى عائلة معالجات BCM.

نصيحة: هل تعلم أنه يمكنك استخدام جهاز Raspberry Pi الخاص بك كمحطة لعقد مؤتمرات الفيديو؟ تعلم كيفية القيام بذلك.

تعيين دبابيس الإدخال والإخراج

يمكنك برمجة دبابيس GPIO الخاصة بـ Raspberry Pi باستخدام Thonny، وهو محرر Python الافتراضي الذي يأتي مع نظام التشغيل Raspberry Pi OS.

يقوم التعليمة البرمجية التالية بتعيين الدبوس 7 (GPIO 4) كدبوس إخراج والدبوس 8 (GPIO 14) كدبوس إدخال باستخدام ترقيم BOARD.

import RPi.GPIO as GPIO
 
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) // Set BOARD numbering.
GPIO.setup(7, GPIO.OUT) // Set pin 7 as an output pin.
GPIO.setup(14, GPIO.IN) // Set pin 14 as an input pin.
 
GPIO.output(7, GPIO.HIGH) // Make pin 7 output 3 volts.
GPIO.input(8) // Reads whether there's electricity passing through pin 8. Returns either a True or False that you can use in an if statement.
GPIO.output(7, GPIO.LOW) // Make pin 7 stop outputting 3 volts.

شرح الكود

للعمل مع دبابيس GPIO، ستحتاج إلى استيراد مكتبة Raspberry Pi GPIO. ويتم ذلك عن طريق الدخول import RPi.GPIO as GPIO.

بعد ذلك، سوف تحتاج إلى ضبط الوضع. يستخدم GPIO.setmode(GPIO.BOARD) لإخبار مترجم MicroPython بالقراءة في وضع BOARD. او استعمل GPIO.setmode(GPIO.BCM) للقراءة في وضع BCM.

لتعيين الدبابيس، سوف تحتاج إلى استخدام GPIO.setup(<pin>, <GPIO.OUT or GPIO.IN>) وظيفة. يستغرق حجتين. الأول هو الرقم السري بناءً على وضع الترقيم الذي حددته مسبقًا. والثاني هو الحالة، سواء كنت تريد تعيينها كدبوس إخراج GPIO.OUT أو دبوس الإدخال مع GPIO.IN.

بعد ذلك، باستخدام دبابيس الإخراج، يمكنك ضبطها على ارتفاع أو انخفاض باستخدام GPIO.output(<pin>, <GPIO.LOW or GPIO.HIGH>). يؤدي ضبط طرف الإخراج على HIGH إلى شحنه بما يصل إلى 3 فولت. يعد هذا بمثابة “نعم” أو “1” في منطق الكمبيوتر. يقوم LOW بالعكس، حيث يشحنه إلى ما يقرب من 0 فولت.

من ناحية أخرى، يمكنك قراءة قيم دبابيس الإدخال. إذا حصلوا على 3 فولت، فسوف يسجلون كـ HIGH ويعيدون قيمة منطقية بها GPIO.input(<pin>). القيم المنطقية هي القيم التي تكون إما صحيحة أو خاطئة. يمكنك استخدام هذه القيم في حلقات while وعبارات if لإنشاء أشياء منطقية أعمق باستخدامها.

توصيل GPIO ودبابيس الطاقة بالمكونات الطرفية

تُعرف دبابيس GPIO الموجودة على Raspberry Pi بالدبابيس الذكورية. وذلك لأن لديهم قطعًا معدنية بارزة بدلاً من علبة الدبوس مثل Arduino Uno.

تأتي معظم مكونات النماذج الأولية مع دبابيس ذكر لتسهيل وضعها على اللوح. يمكنك استخدام إما أسلاك توصيل من ذكر إلى أنثى لتوصيلها على اللوح أو أسلاك توصيل من أنثى إلى أنثى لتوصيلها مباشرة بالمكونات نفسها.

أيضًا، في معظم المكونات، ستجد أحيانًا علامة “S” أو “IN” أو “OUT” مباشرة على دبابيسها. هذا يعني أن الدبوس المجاور لهم مباشرة يجب أن يتصل بمنفذ GPIO. تعتمد العلامات على المكون – فالكثير من المكونات لا تسميها بهذا الشكل لأنها تحتوي على حوالي 3 إلى 9 دبابيس إشارة أو دخل أو خروج على اللوحة.

لمعرفة أي طرف يجب أن ينتقل إلى مكانه، يمكنك البحث عن “ورقة البيانات” الخاصة به، وهي عبارة عن نصيحة الشركة المصنعة حول كيفية استخدام المكون وسلوكياته المتوقعة. وهي خاصة بنموذج أو علامة تجارية، خاصة عندما يتعلق الأمر بالوحدات التي تناسب عددًا كبيرًا من المكونات الأخرى بداخلها.

العناية بدبابيس Raspberry Pi GPIO

دبابيس GPIO هي أشياء حساسة. من السهل كسرها إذا لم تكن حذرًا.

أولاً، عليك التأكد من أن المصادر الكهربائية التي تعمل بمنطق 3 فولت فقط هي التي تتصل بهذه الأشياء. يعد تطبيق 5 فولت على أي طرف GPIO إحدى الطرق لكسرها.

الشيء الآخر الذي يمكن أن يكسرهم هو توصيل طرف الإخراج مباشرة بدبوس الإدخال دون أي مقاوم أو مكون بينهما. بينما يظل الجهد كما هو، فإن التيار المتدفق من طرف الإخراج يمكن أن يؤدي إلى تلف دبوس الإدخال الخاص بك.

بمجرد أن تتعلم كيفية استخدامها بشكل صحيح، يمكنك القيام بالكثير من الأشياء باستخدام Raspberry Pi. أولاً، يمكنك توصيل محرك DC بأحد المحركات وتشغيله على عجلات أو العمل كمروحة كهربائية صغيرة. وإذا أضفت عجلات، فيمكنك أيضًا التحكم في روبوت Raspberry Pi لاسلكيًا من خلال SSH على بنك الطاقة! تعمل دبابيس GPIO هذه على توسيع قدرات Raspberry Pi إلى أشياء أكبر بكثير مما يمكنها فعله بدونها.

حقوق الصورة: أونسبلاش

Terenz هو عالم روبوتات هاو يحاول بناء الروبوت الأكثر روعة الذي شهده العالم على الإطلاق. كان بإمكانه فعل ذلك بالفعل إذا لم يكن مشغولاً جدًا بحرق مصابيح LED كهواية ثانية.