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樹莓派 Raspberry Pi 使用 Scratch 控制 GPIO 連接的 LED 燈教學與範例

介紹如何在樹莓派(Raspberry Pi)中使用 Scratch 控制 GPIO,點亮與關閉連接的 LED 燈。


樹莓派的 GPIO 可以用來連接各種電子設備,製作出各種控制應用,最簡單的應用就是連接並控制 LED 燈。

這裡我們以 Scratch 3 來示範如何控制 LED 燈的開啟與關閉,這個應用非常適合讓小朋友學習入門的程式設計與自動控制。

安裝 Scratch 3

在安裝好基本的 Raspberry Pi OS 之後,可以透過 Recommended Software 來安裝各種版本的 Scratch,這裡我們以 Scratch 3 來作為示範。

安裝 Scratch
安裝 Scratch

樹莓派 GPIO 排針輸出腳位

若要查詢樹莓派 GPIO 排針輸出腳位,可以開啟終端機並執行 pinout 指令:

# 查詢樹莓派 GPIO 排針輸出腳位
pinout

執行此令之後,會自動偵測樹莓派的版本,並列出所有 GPIO 排針輸出腳位的配置圖。

樹莓派 Raspberry Pi GPIO 排針輸出腳位
樹莓派 Raspberry Pi GPIO 排針輸出腳位

Scratch 3 與 Raspberry Pi GPIO 擴充功能

打開 Scratch 3,點選左下角的擴充功能。

Scratch 3 視窗
Scratch 3 視窗

在 Scratch 3 的擴充功能中,選擇「Raspberry Pi GPIO」。

Scratch 選擇擴充功能
Scratch 選擇擴充功能

啟用「Raspberry Pi GPIO」擴充功能之後,就可以將裡面的模組加入程式中、控制樹莓派的 GPIO 了。

Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能
Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能

控制 GPIO 連接的 LED 燈

參考上面的樹莓派 GPIO 排針輸出腳位圖,選擇要使用的 GPIO 腳位,將 LED 燈接上去。

連接樹莓派 GPIO 與 LED 燈
連接樹莓派 GPIO 與 LED 燈

LED 燈的兩根針腳會有一長一短,長的那一根是正極,正極連接自己選擇的 GPIO 腳位(這裡我選擇 GPIO2),負極則連接任意的 GND 腳位。

樹莓派 GPIO 針腳
樹莓派 GPIO 針腳

當 GPIO 處於 high 的狀態時電壓是 3V3,不同的 LED 燈可能會有不同的工作電壓,所以要自己計算一下 LED 燈要串接多大的限流電阻,通常是建議至少加上一個低歐姆值(例如 100 Ω)的電阻以防萬一。

LED 燈與限流電阻
LED 燈與限流電阻

這是單一顆 LED 燈的接線圖。

接線圖
接線圖

若要使用 Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能來控制連接 GPIO 的 LED 燈,可以使用這一個 GPIO 輸出的模組,它可以讓我們將指定的 GPIO 腳位設定為 low(0V)或 high(3V3),例如將 GPIO2 的腳位設定為 high 就可以這樣寫:

Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能
Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能

有了這個 GPIO 輸出模組,就可以搭配其他的 Scratch 程式做出各種 LED 燈的應用了。

在製作各種不同的應用時,可以搭配不同顏色的 LED 燈。

各種 LED 燈
各種 LED 燈

控制兩顆 LED 燈

若要放兩顆 LED 燈,讓它們交互發亮,可以將兩顆 LED 燈接在不同的 GPIO 腳位(這裡使用 GPIO2 與 GPIO3),然後搭配類似這樣的 Scratch 程式。

LED 燈與限流電阻
LED 燈與限流電阻

這是同時接上紅色與綠色兩顆 LED 燈的接線圖。

紅色與綠色兩顆 LED 燈接線圖
紅色與綠色兩顆 LED 燈接線圖

這是控制兩顆 LED 燈交互發亮的 Scratch 程式。

Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能
Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能

控制三顆 LED 燈

若將紅色、黃色與綠色三顆 LED 燈組合起來,就可以製作成紅綠燈了。

LED 燈與限流電阻
LED 燈與限流電阻

這是同時接上紅色、黃色與綠色 LED 燈的接線圖。

紅色、黃色與綠色 LED 燈接線圖
紅色、黃色與綠色 LED 燈接線圖

這是控制三顆 LED 燈的 Scratch 程式。

Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能
Scratch Raspberry Pi GPIO 擴充功能

參考資料:Raspberry Pi

分類:創客 標籤:樹莓派(Raspberry Pi)

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