前言
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本文介绍一下UP板的GPIO资源使用，以及一个使用Python演示一个简单的demo。
本文使用Markdown写成，为获得更好的阅读体验和正常的图片、链接，请访问我的博客：
http://www.cnblogs.com/sjqlwy/p/up_1602.html
本文环境：ublinux 3.0；Win7_x64
通过阅读本文你可以学到：
- UP Board GPIO 接口的介绍以及使用
- PyCharm 远程调试 UP上的Python代码
- Lemaker LN IO 拓展板的使用
- 使用RPi.GPIO这个Python库控制1602液晶屏
UP板载GPIO接口介绍
UP板的GPIO接口兼容树莓派40 Pin。实现起来比较复杂，部分从Intel Atom Z8350引出（需要电平转换），部分由板载CPLD实现。
操作GPIO
官方提供了三种方式：用户空间sysfs (shell)、RPi.GPIO库（Python）和libMRAA（多种编程语言）。
Lemaker LN IO拓展板介绍
之前在云汉社区试用Lemaker Guitar开发板时一并入手的。兼容树莓派引脚。个人非常喜欢乐美客公司的产品，包括BananaPi、BananaPi Pro、Lemaker Guitar、96boards Hikey (Lemaker Version)，以及包括LN IO在内的三款拓展板，做工优良，可以在官方微店买到。LN IO 介绍页面，电路原理图 。
【下面是Lemaker Guitar开发板，上面就是LN IO 拓展板】我们下面将会利用板载的4个按键、LED灯以及1602接口。
Python控制LN IO 扩展板按键和LED
最近在学习Python，恰巧ubilinux移植了RPi.GPIO库，让我们可以非常方便地操作GPIO资源。吐槽一下，由于被动散热片的存在，使用转接线等会卡到无法完全贴合。
Blink！——控制发光二极管闪烁
我们以点亮LN IO上的led2为例：
【LED电路原理图】LCD和LED是切换显示的。可以看到LED2连接到GPIO0，那么GPIO0是对应树莓派是哪个引脚呢？
【底板对应引脚】GPIO0对应物理引脚11。
【UP Board 引脚定义图】为了方便起见，我们统一使用BOARD物理引脚编号而非BCM引脚编号。
- 关于树莓派GPIO的操作可以参考芒果爱吃胡萝卜这个博客，写的非常不错，由浅入深。本文部分以他的博文为基础进行演示。
- ubilinux移植的RPi.GPIO库仅兼容Python 2.x版本
- 为方便转换，我们以BOARD编码GPIO引脚顺序（物理顺序）
- LN IO Board的LED和LCD可以切换显示，连接帽导通不同引脚即可。
下面创建一个文件lcd.py，内容如下，然后运行看看：sudo python lcd.py
#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
# 为保持兼容性，选择GPIO引脚主板编号模式，也就是物理引脚编号
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
LedPin = 11
# 指定11引脚（就是LED长针连接的GPIO针脚）的模式为输出模式
# LN IO 的GPIO0，主板编号是11，对应BCM模式引脚为17
GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT)
# 循环10次
for i in range(0, 10):
# 让11引脚输出高电平（LED灯亮）
GPIO.output(LedPin, True)
# 持续一段时间
time.sleep(0.5)
# 让11引脚输出低电平（LED灯灭）
GPIO.output(LedPin, False)
# 持续一段时间
time.sleep(0.5)
# 最后清理GPIO口（不做也可以，建议每次程序结束时清理一下，好习惯）
GPIO.cleanup()
效果如图所示：
按键控制LED开关
有了上面的我们再来试试用按键控制LED，很多用过Arduino的应该轻车熟路啦。
#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
# 为保持兼容性，选择GPIO引脚主板编号模式，也就是物理引脚编号
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setwarnings(False)
LedPin = 11
BtnPin = 13
# 11引脚（LED2）为输出模式,13引脚（Key1）为输入模式
GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT)
GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN)
try:
GPIO.output(LedPin, True)
while True:
time.sleep(0.01)
if (GPIO.input(BtnPin)) == False:
GPIO.output(LedPin, False)
else:
GPIO.output(LedPin, True)
except KeyboardInterrupt:
pass
# 最后清理GPIO口（不做也可以，建议每次程序结束时清理一下，好习惯）
GPIO.cleanup()
有兴趣的可以做一个防按键抖动（Debounce）版本。
Python控制1602液晶屏显示当前时间
感谢Hugo Zhu的这篇《如何使用Raspberry Pi在1602液晶屏上显示当前时间--电子钟》博文，他的博客非常棒，受益匪浅。以下仍然以BOARD编码为例。
硬件包括LN IO 拓展板；1602液晶屏；USB无线网卡；UPBoard。注意LN IO拓展板将连接帽切换到LCD引脚。
1602液晶屏的引脚定义：
- VSS，接地
- VDD，接3.3V电源
- VO，液晶对比度调节，接电位器中间的引脚（板载R2）
- RS，寄存器选择，接PB 03，Pin 29
- RW，读写选择，接地，表示写模式
- EN，使能信号，接PB 13，Pin 33
- D0，数据位0，4位工作模式下不用，不接
- D1，数据位1，4位工作模式下不用，不接
- D2，数据位2，4位工作模式下不用，不接
- D3，数据位3，4位工作模式下不用，不接
- D4，数据位4，接GPIO 4，Pin 16
- D5，数据位5，接GPIO 5，PIN 18
- D6，数据位6，接GPIO 6，PIN 22
- D7，数据位7，接GPIO 7，PIN 7
- A，液晶屏背光+，接3.3v
- K，液晶屏背光-，接地
源代码可以从github页面下载，修改相关引脚序号，如下：
#!/usr/bin/python
#
# based on code from lrvick and LiquidCrystal
# lrvic - https://github.com/lrvick/raspi-hd44780/blob/master/hd44780.py
# LiquidCrystal - https://github.com/arduino/Arduino/blob/master/libraries/LiquidCrystal/LiquidCrystal.cpp
#
from time import sleep
from datetime import datetime
from time import sleep
class Adafruit_CharLCD:
# commands
LCD_CLEARDISPLAY = 0x01
LCD_RETURNHOME = 0x02
LCD_ENTRYMODESET = 0x04
LCD_DISPLAYCONTROL = 0x08
LCD_CURSORSHIFT = 0x10
LCD_FUNCTIONSET = 0x20
LCD_SETCGRAMADDR = 0x40
LCD_SETDDRAMADDR = 0x80
# flags for display entry mode
LCD_ENTRYRIGHT = 0x00
LCD_ENTRYLEFT = 0x02
LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT = 0x01
LCD_ENTRYSHIFTDECREMENT = 0x00
# flags for display on/off control
LCD_DISPLAYON = 0x04
LCD_DISPLAYOFF = 0x00
LCD_CURSORON = 0x02
LCD_CURSOROFF = 0x00
LCD_BLINKON = 0x01
LCD_BLINKOFF = 0x00
# flags for display/cursor shift
LCD_DISPLAYMOVE = 0x08
LCD_CURSORMOVE = 0x00
# flags for display/cursor shift
LCD_DISPLAYMOVE = 0x08
LCD_CURSORMOVE = 0x00
LCD_MOVERIGHT = 0x04
LCD_MOVELEFT = 0x00
# flags for function set
LCD_8BITMODE = 0x10
LCD_4BITMODE = 0x00
LCD_2LINE = 0x08
LCD_1LINE = 0x00
LCD_5x10DOTS = 0x04
LCD_5x8DOTS = 0x00
# LN IO Board: RS=PB03=29, EN=PB13=33; DB4-7=GPIO4-7=16,18,22,7
def __init__(self, pin_rs=29, pin_e=33, pins_db=[16,18,22,7], GPIO = None):
# Emulate the old behavior of using RPi.GPIO if we haven't been given
# an explicit GPIO interface to use
if not GPIO:
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setwarnings(False)
self.GPIO = GPIO
self.pin_rs = pin_rs
self.pin_e = pin_e
self.pins_db = pins_db
self.GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
self.GPIO.setup(self.pin_e, GPIO.OUT)
self.GPIO.setup(self.pin_rs, GPIO.OUT)
for pin in self.pins_db:
self.GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
self.write4bits(0x33) # initialization
self.write4bits(0x32) # initialization
self.write4bits(0x28) # 2 line 5x7 matrix
self.write4bits(0x0C) # turn cursor off 0x0E to enable cursor
self.write4bits(0x06) # shift cursor right
self.displaycontrol = self.LCD_DISPLAYON | self.LCD_CURSOROFF | self.LCD_BLINKOFF
self.displayfunction = self.LCD_4BITMODE | self.LCD_1LINE | self.LCD_5x8DOTS
self.displayfunction |= self.LCD_2LINE
""" Initialize to default text direction (for romance languages) """
self.displaymode = self.LCD_ENTRYLEFT | self.LCD_ENTRYSHIFTDECREMENT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode) # set the entry mode
self.clear()
def begin(self, cols, lines):
if (lines > 1):
self.numlines = lines
self.displayfunction |= self.LCD_2LINE
self.currline = 0
def home(self):
self.write4bits(self.LCD_RETURNHOME) # set cursor position to zero
self.delayMicroseconds(3000) # this command takes a long time!
def clear(self):
self.write4bits(self.LCD_CLEARDISPLAY) # command to clear display
self.delayMicroseconds(3000) # 3000 microsecond sleep, clearing the display takes a long time
def setCursor(self, col, row):
self.row_offsets = [ 0x00, 0x40, 0x14, 0x54 ]
if ( row > self.numlines ):
row = self.numlines - 1 # we count rows starting w/0
self.write4bits(self.LCD_SETDDRAMADDR | (col + self.row_offsets[row]))
def noDisplay(self):
""" Turn the display off (quickly) """
self.displaycontrol &= ~self.LCD_DISPLAYON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def display(self):
""" Turn the display on (quickly) """
self.displaycontrol |= self.LCD_DISPLAYON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def noCursor(self):
""" Turns the underline cursor on/off """
self.displaycontrol &= ~self.LCD_CURSORON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def cursor(self):
""" Cursor On """
self.displaycontrol |= self.LCD_CURSORON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def noBlink(self):
""" Turn on and off the blinking cursor """
self.displaycontrol &= ~self.LCD_BLINKON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def noBlink(self):
""" Turn on and off the blinking cursor """
self.displaycontrol &= ~self.LCD_BLINKON
self.write4bits(self.LCD_DISPLAYCONTROL | self.displaycontrol)
def DisplayLeft(self):
""" These commands scroll the display without changing the RAM """
self.write4bits(self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVELEFT)
def scrollDisplayRight(self):
""" These commands scroll the display without changing the RAM """
self.write4bits(self.LCD_CURSORSHIFT | self.LCD_DISPLAYMOVE | self.LCD_MOVERIGHT);
def leftToRight(self):
""" This is for text that flows Left to Right """
self.displaymode |= self.LCD_ENTRYLEFT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode);
def rightToLeft(self):
""" This is for text that flows Right to Left """
self.displaymode &= ~self.LCD_ENTRYLEFT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode)
def autoscroll(self):
""" This will 'right justify' text from the cursor """
self.displaymode |= self.LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode)
def noAutoscroll(self):
""" This will 'left justify' text from the cursor """
self.displaymode &= ~self.LCD_ENTRYSHIFTINCREMENT
self.write4bits(self.LCD_ENTRYMODESET | self.displaymode)
def write4bits(self, bits, char_mode=False):
""" Send command to LCD """
self.delayMicroseconds(1000) # 1000 microsecond sleep
bits=bin(bits)[2:].zfill(8)
self.GPIO.output(self.pin_rs, char_mode)
for pin in self.pins_db:
self.GPIO.output(pin, False)
for i in range(4):
if bits[i] == "1":
self.GPIO.output(self.pins_db[::-1][i], True)
self.pulseEnable()
for pin in self.pins_db:
self.GPIO.output(pin, False)
for i in range(4,8):
if bits[i] == "1":
self.GPIO.output(self.pins_db[::-1][i-4], True)
self.pulseEnable()
def delayMicroseconds(self, microseconds):
seconds = microseconds / float(1000000) # divide microseconds by 1 million for seconds
sleep(seconds)
def pulseEnable(self):
self.GPIO.output(self.pin_e, False)
self.delayMicroseconds(1) # 1 microsecond pause - enable pulse must be > 450ns
self.GPIO.output(self.pin_e, True)
self.delayMicroseconds(1) # 1 microsecond pause - enable pulse must be > 450ns
self.GPIO.output(self.pin_e, False)
self.delayMicroseconds(1) # commands need > 37us to settle
def message(self, text):
""" Send string to LCD. Newline wraps to second line"""
for char in text:
if char == '
':
self.write4bits(0xC0) # next line
else:
self.write4bits(ord(char),True)
if __name__ == '__main__':
lcd = Adafruit_CharLCD()
lcd.noBlink()
# lcd.clear()
# lcd.message("Hello, Jessica!
How are you? .....abcdefghijg ")
# lcd.scrollDisplayRight()
while True:
sleep(1)
lcd.clear()
lcd.message(datetime.now().strftime(' %I : %M : %S
%a %b %d %Y'))
每秒更新，显示当前时间，效果如图所示：
进阶
分析代码可知，该代码段可作为1602驱动库，支持1602的基本显示控制。后面可以自定义显示自己的信息，例如做一个小闹钟。
PyCharm远程调试UP Board上的Python程序
由于在UP Board上使用终端界面调试Python确实不很方便（其实是PyCharm用起来太爽了），所以使用Windows 上的PyCharm调试UP Board上的程序，可以直接使用UP的GPIO硬件资源，并且可以非常方便地安装各种库，简直停不下来，当然前文提到的cloud9也不错。远程调试功能只有专业版（Professional）可用，免费的社区版（Community）无此功能。通过edu邮箱验证可以免费使用专业版。
参考这篇文章pycharm 远程调试进行设置即可，注意点如下：
- 因为我们使用ubilinux移植的RPi.GPIO库，所以解释器只能选择python2
- 需要启用root账户并更改ssh设置允许root登录
- 可以通过PyCharm更新UP板上的Python库
sudo passwd root #启用root账户
sudo nano /etc/ssh/sshd_config # 添加 PermitRootLogin yes，Ctrl+O保存，Ctrl+X退出
sudo systemctl restart sshd # 重启SSH服务，使更改生效
效果如图所示：
