2018 Week 3 GPIO-LED

1. GPIO輸出入訊號練習：
開/關LED燈
日期：2018/3/15

2. 使用到的材料
麵包板 LED燈 跳線 電阻
2

3. 麵包板
3
功用：
建構電子樣品以及學習使用。
快速裝配原件，容易更換零件，節省電路的組裝時間。
成品
樣品 麵包板內部金屬條

4. 麵包板布線原則
• 為了查線方便，接線時儘量統一同樣顏色的跳線對應到的同樣功能。
例如：電源正極用紅色跳線，電源負極用藍色跳線等。
• 元件放置時必須平貼於麵包板上，成水平或垂直樣態，引線不可過長，
避免互相碰撞，導致不必要的短路情形發生。
• 電晶體、LED、功率電阻插入麵包板時，不應平貼於麵包板以利元件
散熱。
• 避免接腳較粗的元件直接插入麵包板，如可變電阻或繼電器等元件，
應先以跳線連接後，再插入麵包板連接孔。如此可避免麵包板內部夾
子彈性疲乏鬆動，而造成連接時接觸不良的情形。
• 麵包板上組裝完成的電路，經測試完成後應立即拆除所有的元件及跳
線，避免長期放置，導致麵包板內部夾子彈性疲乏鬆動，造成連接時
接觸不良的情形。
4

5. LED燈
接GPIO
接Ground
紅、黃、淺綠的電壓是1.8到2.4v
5

6. 1/4W電阻
• 功用：穩定和調節電路中的電流和電壓。
6
精密電阻
電阻
電阻功用示意圖

7. 7

8. 8
命令提示字元輸入gpio readall，查看GPIO資訊。
BCM：Broadcom GPIO針腳編號。
wPi：Wiring Pi對針腳的編號。
Name：GPIO針腳功能名稱。
Mode：GPIO模式(IN為輸入，OUT為輸出，ALTO包含輸入/輸出) 。
V：目前電位狀態(1為高電位，0為低電位) 。
Physical：實際的針腳編號。

9. 課堂實作
• LED開關
• 控制GPIO的數位訊號(0和1的分別)來開關LED，並得知目前
LED是亮還是不亮。
• LED呼吸燈
• 利用脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation )技術模擬類比訊號，
讓LED燈隨著時間的流逝，產生不同的亮度，感覺就像是在呼
吸一樣。
9

10. PWM技術
• 是以高速切換高/低電位的方式，達到近似類比輸出的結
果。
• 這裡把以T為週期的W稱作脈衝。另外，代表在一定週期
內，有多少時間的輸出是高電位，這種比例（W/T）稱作
負載比。
10
，
週期T
脈衝W 負載比
D=W/T
低電位
高電位

11. 11

12. 開啟python編輯軟體
12

13. 13
新增文件
儲存文件
執行程式碼
中斷執行

14. RPi.GPIO函式庫
• GPIO.setmode()用來設定GPIO腳位的定址模式。
• 若設定為BOARD，表示使用GPIO的編號控制GPIO 。
• 若設定為BCM，表示使用Broadcom韌體編號控制GPIO 。
• GPIO.setup()用來指定GPIO腳位是輸出或是輸入訊號。
• GPIO.OUT指樹莓派記憶體傳送訊號給元件。
• GPIO.IN指莓派記憶體方接收來自元件的訊號源。
• GPIO.output()用來指定GPIO腳位輸出是高電位還是低電位。
• GPIO.HIGH表示輸出高電位，也可用True 。
• GPIO.IN表示輸出低電位，也可用False 。
14

15. 15
該程式作用：得知GPIO是高電位還是低電位，閃爍LED燈

16. RPi.GPIO函式庫-PWM()
• GPIO.PWM()用來設定能多快完成一個周期，單位是Hz。
• GPIO.start()用來啟動PWM功能。
• GPIO.ChangeFrequency()用來變更PWM頻率。
• GPIO.ChangeDutyCycle用來變更PWM工作週期。
16

17. 該程式作用：利用PWM技術讓LED燈隨著時間的流逝，產生不同的亮度

18. 課後實作基本題：LED燈實作作業-模擬紅綠燈
紅綠燈(A) 紅綠燈(B)
設定A和B兩個紅綠燈一次循環是28秒，程式
一執行後，A亮紅燈，B亮綠燈， 接著：
A狀態
B狀態
＊閃爍的定義:燈亮，燈滅算閃爍一次
18
紅燈亮15
秒後滅燈
綠燈亮8秒
後滅燈
黃燈閃爍1秒1次
總共閃5次後滅燈
綠燈亮8秒
後滅燈
黃燈閃爍1秒1次
總共閃5次後滅燈
紅燈亮15
秒後滅燈

19. 課後實作進階題：隨著音樂節奏閃爍的LED
19
情境：小編難得邀請朋友到家中慶祝生日派對，所以非常隆重的為這次生日
派對做準備，在派對的布置上，想藉由音樂與燈光來營造生日派對的氣氛，
因此他上網找到飛利浦推出的hue燈泡，一看到價格，惊惶失措，壓歲錢早就
花光了，後來他想到可以利用樹莓派結合LED打造類似的效果。
請同學試試看，如何讓LED燈類似同hue燈泡一樣，隨著音樂改變不同的亮度
或者根據音階來變化LED燈。