探索树莓派的输入输出扩展能力

# 1. 探索树莓派的输入输出扩展能力

### 第一章：理解树莓派的输入输出接口

树莓派(Raspberry Pi)是一款广受欢迎的单板计算机，具有丰富的扩展能力，尤其是在输入输出接口方面。本章将介绍树莓派的输入输出接口，让我们一起来深入了解。

#### 1.1 GPIO 接口简介
GPIO（General Purpose Input/Output）即通用输入输出口，是树莓派上用于与外部设备通信的接口。树莓派通常具有多个GPIO引脚，可以通过这些引脚来读取外部传感器的数据、控制执行器等。GPIO接口的使用对于树莓派的扩展至关重要，下表列出了一些常见的GPIO引脚及其功能：

| 引脚编号 | 功能 |
|----------|----------------|
| GPIO2 | I2C SDA |
| GPIO3 | I2C SCL |
| GPIO4 | 通用输入输出 |
| GPIO17 | 通用输入输出 |
| GPIO27 | 通用输入输出 |
| GPIO22 | 通用输入输出 |
| GPIO10 | SPI MOSI |
| GPIO9 | SPI MISO |
| GPIO11 | SPI SCLK |
| GPIO14 | UART_TXD |
| GPIO15 | UART_RXD |

#### 1.2 扩展板介绍
除了直接使用GPIO接口外，还可以通过扩展板来实现更丰富的功能扩展。常见的树莓派扩展板包括：
- **Arduino扩展板**：将Arduino和树莓派连接，实现更多的输入输出接口和传感器的连接。
- **GPIO扩展板**：通过此扩展板，可以方便地扩展额外的GPIO接口，适用于连接多个外部设备或传感器。
- **传感器扩展板**：集成了各种传感器模块，如温湿度传感器、光敏传感器等，方便快速搭建物联网项目。

理解了树莓派的GPIO接口以及扩展板的作用，我们可以开始学习如何使用它们来实现更多有趣的应用。

# 2. 学习如何使用GPIO控制输入输出

### 2.1 GPIO 控制基础
在树莓派中，GPIO（General Purpose Input/Output）即通用输入输出引脚，可以通过编程控制其输入输出状态。通过理解以下基础概念，可以更好地使用GPIO进行控制：
- 数字输入：将引脚配置为输入模式，读取引脚上的数字信号，通常用于接收传感器信息等。
- 数字输出：将引脚配置为输出模式，向引脚输出数字高低电平信号，用于控制外部执行器等。
- 模拟输入输出：部分GPIO引脚支持模拟信号输入输出，可实现模拟电压的采集和输出。

### 2.2 通过编程语言控制GPIO
编程语言如Python、C、Java等可以通过GPIO库来控制树莓派的GPIO引脚，以下是一个简单的Python示例，通过控制GPIO引脚点亮LED灯：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

LED_PIN = 18

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)

try:
    while True:
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)
        time.sleep(1)
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)
        time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

上述代码通过RPi.GPIO库控制GPIO引脚，点亮LED灯，并实现了简单的循环开关灯效果。

### 结论：
通过本章学习，读者可以掌握树莓派GPIO控制的基础知识以及如何通过编程语言来控制GPIO引脚，为后续学习和实践奠定基础。

### 章节总结：
本章介绍了GPIO控制的基础概念和编程实践，通过示例代码展示了如何使用Python控制树莓派的GPIO引脚，读者可以通过学习这些内容来深入理解树莓派的输入输出控制能力。

# 3. 探究树莓派的传感器与执行器扩展

### 3.1 温湿度传感器接入

在本节中，我们将学习如何连接和读取温湿度传感器数据。具体的步骤如下：

1. 准备工作：
- 树莓派
- 温湿度传感器
- 杜邦线

2. 连接传感器：
- 将传感器的 VCC 连接到树莓派的 3.3V
- 将传感器的 GND 连接到树莓派的 GND
- 将传感器的 DATA 连接到树莓派的 GPIO 接口（可以自定义选择）

3. 读取传感器数据：

import Adafruit_DHT

sensor = Adafruit_DHT.DHT11
pin = 17

humidity, temperature = Adafruit_DHT.read_retry(sensor, pin)

if humidity is not None and temperature is not None:
    print(f'Temperature: {temperature} °C, Humidity: {humidity}%')
else:
    print('Failed to ret