這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

為兒童和年輕人開發(fā)的用于GPIO控制的簡單Python庫

如果您有過為Raspberry Pi的GPIO 引腳編寫代碼的經(jīng)驗，那么估計您已經(jīng)使用過Python以及GPIO Zero模塊了，因為這是最簡單的入門方式。
但是模塊的簡單不意味著其缺乏靈活性和功能性。

GPIO Zero 完成所有工作細(xì)節(jié)的處理

GPIO Zero并不是之前Raspberry Pi上用于GPIO的Python模塊的替代品，而是構(gòu)建在那些模塊之上。
GPIO使用RPi.GPIO來進(jìn)行大多數(shù)操作，同時會混合使用PiGPIO和RPIO。

為什么不直接使用這些模塊？

因為GPIO Zero已經(jīng)為您完成了很多工作細(xì)節(jié)的處理，您在項目中只需輸入幾行代碼就可以了。
來看一下這些代碼：
pir = MotionSensor(4)
pir.when_motion = myFunction
第一個指令表示引腳4上有一個運動傳感器，第二個指令設(shè)置了一個在傳感器產(chǎn)生脈沖信號時運行的函數(shù)。真的很簡單，對吧？

它是面向?qū)ο蟮?/p>

GPIO Zero通過為您可能連接到GPIO引腳的常見組件提供一系列配置好的類來進(jìn)行工作。您可以使用這些類來創(chuàng)建與連接到GPIO引腳的特定組件相關(guān)聯(lián)的對象。
您在剛開始最感興趣的類應(yīng)該是輸入類和輸出類，它們包括了一系列標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出組件。
除此之外還有其他多種類，比如用于將數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)狡渌M件的SPI類，以及您可以用來創(chuàng)建自己的類的基類和通用類。暫時不用為這些類的使用擔(dān)心，目前您只要知道有這些類存在就可以了。

安裝和導(dǎo)入GPIO Zero

GPIO Zero已經(jīng)安裝在了標(biāo)準(zhǔn)Raspbian映像上。如果您使用的是Raspbian Lite，或者更特別的Linux，那么您需要對其進(jìn)行安裝。
您可以使用以下指令將整個模塊導(dǎo)入到Python中：
import gpiozero
然后，您可以通過在類前加上“gpiozero”來對其進(jìn)行引用，如下所示：
button = gpiozero.Button(11)
greenLED = gpiozero.LED(13)
pir = gpiozero.MotionSensor(15)
只導(dǎo)入您正在使用的特定組件所需要的類會更方便一些：
from gpiozero import Button, LED, MotionSensor
這樣，您就可以在不帶前綴的情況下對其進(jìn)行引用了，如下所示：
button = Button(11)
greenLED = LED(13)
pir = MotionSensor(15)
如此一來，您的代碼就不會因為冗余信息而變得雜亂無章，從而變得更具有可讀性。

使用GPIO Zero，通過按下按鈕播放聲音

讓我們通過將按鈕連接到GPIO引腳來嘗試在壓電蜂鳴器上播放一系列聲音，感受一下GPIO Zero的使用有多么簡單。
為此，您將需要：

一個帶電源的Raspberry Pi以及一個安裝了Raspbian的SD卡
一個面包板

您還需要一個壓電蜂鳴器、下推式開關(guān)、幾根跨接電纜以及某種Raspberry Pi的輸入設(shè)備，例如SSH連接或者USB鍵盤和鼠標(biāo)。準(zhǔn)備好了嗎？讓我們開始吧！

連接壓電蜂鳴器

如果您的GPIO擴(kuò)展板尚未連接到Raspberry Pi和面包板，請將它們連接在一起。然后將接地引腳連接到負(fù)電源軌。
您的壓電蜂鳴器應(yīng)該有一根紅線和一根黑線。紅線連接到來自GPIO引腳的正電壓，黑線接地。

我使用跨接電纜將蜂鳴器連接到面包板，您也可以直接將其插入。將蜂鳴器的黑色導(dǎo)線連接到負(fù)電源軌，紅色導(dǎo)線連接到面包板中間的某處。
現(xiàn)在，將面包板的這一排連接到GPIO引腳。我使用的是引腳13。

讓這個小器件尖叫起來

為此，需要打開Python解釋器。輸入：
python3
現(xiàn)在，我們需要為壓電蜂鳴器導(dǎo)入一個類，并使用它來創(chuàng)建一個對象。實際上有兩個類：Buzzer，只發(fā)出簡單的嗶嗶聲；以及TonalBuzzer，可以讓您改變音調(diào)。
我們將要播放幾種不同的音調(diào)，因此需要導(dǎo)入TonalBuzzer并將其設(shè)置為引腳13。
from gpiozero import TonalBuzzer
piezo = TonalBuzzer(13)
如果所有連接都正確，當(dāng)您輸入以下內(nèi)容時將會發(fā)出尖銳的聲音：
piezo.play(‘A4’)
并且在您停止程序之前將會持續(xù)下去，停止程序的代碼為：
piezo.stop()
您也可以播放其他音調(diào)的聲音！請嘗試以下指令：
piezo.play(‘C4’)
piezo.play(‘D4’)
piezo.play(‘E4’)

編寫播放一系列聲音的程序

現(xiàn)在讓我們把所有的指令放入同一個函數(shù)中，從而實現(xiàn)以不同的音調(diào)發(fā)出嗶嗶聲。我們將在一開始從time模塊中導(dǎo)入sleep函數(shù)，這樣就可以避免播放過快而錯過了某個聲音。
from time import sleep
現(xiàn)在讓我們來定義一個簡單的函數(shù)，該函數(shù)的功能是播放特定音調(diào)的蜂鳴聲一秒鐘。請記住Python對縮進(jìn)很敏感。
def playTone(pitch):
piezo.play(pitch)
sleep（1）
piezo.stop()
再次按回車鍵，讓Python知道您已經(jīng)完成了函數(shù)的編寫。檢查一下是否工作正常也是個不錯的主意。
playTone(‘A4’)
playTone(‘C4’)
每個指令運行后應(yīng)會各自發(fā)出不同音調(diào)的嗶嗶聲。如果不是的話，請檢查輸入的內(nèi)容是否正確。
現(xiàn)在我們可以定義另外一個便捷的函數(shù)，該函數(shù)的功能是以不同的音調(diào)播放三次嗶嗶聲。
def playTones():
playTone(‘A4’)
playTone(‘D4’)
playTone(‘E4’)
再次按下回車鍵完成該函數(shù)，然后檢查是否工作正常。
playTones()
一切正常嗎？太棒了。

與按鈕連接

剩下的工作就是連接一個按鈕并進(jìn)行編程，以使其能夠控制聲音的播放。
將按鈕放置在面包板上，并跨越中心溝槽。
然后使用跨接電纜將按鈕的一個角連接到負(fù)電源軌，對角線相對的角連接到GPIO引腳，我使用的是引腳12。
現(xiàn)在，我們導(dǎo)入GPIO Zero中的Button類，并將其設(shè)置為引腳12：
from gpiozero import Button
button = Button(12)
接下來要做的就是使程序在按下按鈕時運行我們的函數(shù)。
button.when_pressed = playTones
現(xiàn)在按下按鈕。如果所有操作正確，此時將會播放聲音。
GPIO Zero 讓一切變得簡單
是不是很簡單？我們只用了三行代碼就配置了按鈕。
雖然表面看上去很簡單，但其實其中涉及了很多內(nèi)容：上拉和下拉電阻以及高電平有效和低電平有效信號。不同的音調(diào)是使用一種被稱為“脈沖寬度調(diào)制”的技術(shù)生成的，其中引腳通過在啟動和關(guān)閉之間快速轉(zhuǎn)換來模仿模擬電壓。GPIO Zero已經(jīng)完成了所有這些工作的預(yù)配置。
當(dāng)您掌握了基本要領(lǐng)后，就可以開始嘗試進(jìn)行所有這些內(nèi)容了。
與此同時，敬請享受通過GPIO Zero構(gòu)建和學(xué)習(xí)項目的樂趣吧！

DevicePlus 編輯團(tuán)隊

設(shè)備升級版適用于所有熱愛電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇