Лекція 3.2 Моноплатні ПК для систем керування

4. GPIO

GPIO (Інтерфейс введення / виводу загального призначення (англ. General-purpose input / output) це інтерфейс для спілкування з будь-якими зовнішніми пристроями і управління ними. Контакти GPIO можуть виступати як в ролі входу, так і в ролі виходу.

Користувачеві доступна можливість управління цими виводами, а це значить, що до Raspberry Pi та його аналогів можна підключати дисплеї, кнопки, датчики, реле та інші електронні модулі, якими можна маніпулювати на свій розсуд.

Зовні GPIO виконаний у вигляді дворядної штирьовий колодки з кроком 2,54мм, яка розташована на краю плати. Ранні моделі, такі як В і А містять 26 висновків, а більш сучасні - 40. На малюнку показаний зовнішній вигляд портів загального призначення для плати Raspberry Pi 3В + із зазначенням нумерації виводів.

Як видно з вищенаведеного рисунку, на колодці крім самих GPIO виведені штирі з напругою 3,3V, 5V, а також висновки GND. Деякі GPIO мають альтернативні функції, призначення яких вказано в синіх блоках. До того ж не можна порушувати навантажувальні здатності порту, щоб не вивести Raspberry Pi з ладу. Слід пам'ятати, що GPIO працює з напругою 3,3V і максимальним струмом навантаження 50mA на один вивід. Це означає, що будь-яке перевищення зазначених параметрів негативно позначиться на працездатності плати, тому краще використовувати гальванічну розв'язку між GPIO і зовнішнім виконавчим пристроєм. Те ж саме відноситься і до вхідних ланцюгах, до яких застосовуються резистивні подільники та всілякі перетворювачі рівнів. 

Приклад правильного і неправильного підключення базових елементів.

У лівій частині рисунку пряме підключення світлодіода призведе до перевищення максимально допустимого струму 50mA. Це, в свою чергу, виведе GPIO10 з ладу. У правій частині малюнка доданий обмежувальний резистор, який буде утримувати струм в допустимих рамках. Що стосується кнопки, то може виникнути ситуація, коли GPIO10 помилково буде налаштований на вихід, і її натискання призведе до прямого з'єднання 3,3V і GND. При додаванні резисторів R2 і R3 все висновки будуть гарантовано захищені від перевантажень. Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що розмінюватися на дрібниці в елементах захисту не варто, так як працездатність Raspberry Pi набагато важливіше купки дешевих резисторів.

Схема підключення реле з допомогою транзистора КТ315 до 4 порту GPIO