Raspberry Pi B+: Introdução a Porta GPIO

Nas ultimas semanas, começamos um tutorial sobre a Raspberry Pi. Neste post, mostramos toda parte parte introdutória, desde o conhecimento dos componentes da placa até instalação e configuração do sistema operacional. Tiramos a conclusão neste post que  “Tamanho não é documento!”, e no caso da Raspberry não é mesmo. Então,  para incrementar essa primeira parte e entusiasmar nossos leitores, fizemos outro post com 5 projetos legais com Raspberry Pi, onde juntamos na web alguns protótipos muito bacanas de fazedores como nós.

Hoje vamos continuar a brincadeira! O nosso tema da segunda parte dessa série é:  Introdução a Porta GPIO da Raspberry Pi B+. Neste tutorial, mostraremos quem é o conjunto de portas GPIO, quais são as suas características e funções, e por fim um exemplo bem simples de como usar essa porta. Está afim de conhece-la? Então chega mais!!

O que é a Porta GPIO ?

 Aqui começa a melhor parte da brincadeira! Pois essa é a porta responsável por ajudar a desenvolver protótipos muito legais que envolvem a Raspberry, desde acender um LED até fazer robôs extremamente expertos. Bem, e como fazer isso? Primeiro precisamos conhecer esse conjunto de pinos, entendendo o seu funcionamento.

O GPIO (General Purpose Input/Output), é basicamente um conjunto de pinos responsável por fazer a comunicação de entrada e saída de sinais digitais. Ele é composto por 26 pinos no Raspberry Pi B, e 40 pinos no Raspberry Pi B+. Com estes pinos é possível acionar LEDs, Motores, Relês, fazer leitura de sensores e botões, entre outros. Para entendermos melhor as características desses pinos, vamos mostrar mais à frente no texto um mapa dos pinos. Mas antes, veja o nosso próximo tópico, pois ele é de extrema importância.

Cuidados a se tomar!

Fazer projetos com a Raspberry é muito legal, pois ela oferece um leque grande de possibilidades para isso. Porem é preciso tomar alguns cuidados com os pinos GPIO, pois eles não possuem um sistema de proteção, como no Arduino. O Raspberry não usa o sistema de lógica digital padrão chamado de TTL, onde o nível alto lógico é 5v (o mesmo do Arduino). Isso merece um certo cuidado, pois  a Pi utiliza um sistema próprio, onde  nível alto lógico é de 3.3V, logo se aplicar uma tensão maior em uma das portas poderá danificar a mesma, e se a sorte falhar, você poderá queimar a placa toda. Vale lembrar também que, devido a Raspberry não ter este sistema de proteção, deve-se tomar muito cuidado para que não aconteça curto entre os pino, uma vez que eles estão muito próximos um dos outros. O que precisa ter é atenção e muito cuidado, pois não queremos que nossa plaquinha seja danificada.

Mapa dos Pinos

Podemos observar que, a Raspberry não possui uma identificação dos pinos impressa na placa. Por isso é preciso estudar um pouco esse mapa dos pinos, antes de começar a fazer as ligações de um projeto. Neste tutorial, montamos uma tabela que vai mostrar a identifição de cada um desses. Lembrando que estamos usando em nosso explicativo, a Raspberry Pi B+.

3.3v	1	2	5V
GPIO 2	3	4	5V
GPIO 3	5	6	GND
GPIO4	7	8	GPIO 14
GND	9	10	GPIO 15
GPIO 17	11	12	GPIO 18
GPIO 27	13	14	GND
GPIO 22	15	16	GPIO 23
3.3V	17	18	GPIO 24
GPIO 10	19	20	GND
GPIO 09	21	22	GPIO 25
GPIO11	23	24	GPIO 8
GND	25	26	GPIO 7
ID_SD	27	28	ID_SC
GPIO 5	29	30	GND
GPIO 6	31	32	GPIO 12
GPIO13	33	34	GND
GPIO 19	35	36	GPIO 16
GPIO 26	37	38	GPIO 20
GND	39	40	GPIO 21

Para que possamos entender nosso diagrama de forma mais clara, separamos eles em 8 cores diferentes, e aqui vai as características de cada uma:

1. Vermelho: Esta é uma saída para alimentação, e possui uma tensão de 5V. Deve-se manter atento com ela, pois como já foi dito, ela não pode entrar em contato de maneira alguma com as outras portas.
2. Laranja: Esta também é uma saída para alimentação, porém com uma tensão de 3.3V. Com essa, é possível comunicar com outras portas, mas é preciso usar um resistor como limitador de corrente para fazer isso.
3. Preto: Estas são simplesmente as portas Terra (GROUND), e não existe tensão na mesma.
4. Azul: Essas duas portas podem ser programadas para interface I2C (Circuito Inter-integrado). Para quem não conhece, este é um protocolo criado pela Philips em 2006, para fazer conexões entre periféricos de baixa velocidade. No caso da Raspberry, utiliza-se um barramento entre dois fio, sendo um de dados e outro de clock, para comunicação serial entre circuitos integrados montados em uma mesma placa.
5. Amarelo: Estas são as portas seriais,  que utilizam o protocolo RS-232 para o envio e recebimento de sinal digital.
6. Verde: Aqui estão os pinos GPIO que falamos anteriormente. Eles servem para fazer envio e recebimento de dados digitais.
7. Rosa: Estes pinos são também para entrada e saída de dados digitais. Porém, eles possuem uma característica a mais. Com estes pinos é possível fazer uma comunicação serial Full Duplex síncrono, que permite o processador do Raspberry comunicar com algum periférico externo de forma bidirecional. Mas essa comunicação só acontece, se e somente se o protocolo for implementado.
8. Cinza: Essas são as portas do ID EEPROM  (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory). Este é um tipo de memória que pode ser programado e apagado várias vezes, através de uma tensão elétrica interna ou externa.

Exemplo Básico

 Para finalizar nosso tutorial, vamos mostrar aqui um exemplo bem básico que envolve saída e entrada de dados. O que vamos fazer é simplesmente desligar um LED através de um pushbutton, usando as portas GPIO. Então vamos lá, é hora de botar a mão na massa!

O primeiro passo que devemos dar, é identificar se já existe a biblioteca GPIO pré-instalada, e se sua versão é superior a 0.5.4. Para descobrir isso, abra o terminal e digite os seguintes códigos:

sudo python

import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.VERSION

Feito essa verificação, é hora de começar a montar o circuito. E para isso, vamos precisar dos seguintes componentes:

• Um LED
• Dois Resistores de 1K
• Jumpers
• Uma Protoboard
• Um PushButton

Com todos estes componentes em mãos, agora é só montar o circuito conforme ilustra nosso esquemático abaixo:

 

Se o circuito já estiver montado e conferido, então é hora de começar a programar. A linguagem que vamos utilizar é o Python, pois ela é fácil de usar e já vem instalada no Raspbian. Para começar, abra o software IDLE 3 que fica localizado na área de trabalho. Em seguida, vá em “File” e selecione a opção “New Window”, para que possamos começar um novo projeto. Com tudo isso pronto, é só introduzir os seguintes códigos:

 

#Definindo da biblioteca GPIO
import RPi.GPIO as GPIO

#Aqui definimos que vamos usar o numero de ordem do pino, e não o numero que refere a porta
#Para usar o numero da porta, é preciso trocar a definição "GPIO.BOARD (ex. Pino 12)" para "GPIO.BCM (ex.GPIO 18)" 
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# Setando as portas de entrada e saída
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)
GPIO.setup(16, GPIO.IN)
#Loop principal (Laço indefinido)
While(True):
    if GPIO.input == False:
         GPIO.output(12,1)
    if GPIO.output == True:
         GPIO.output(12,0)

O nosso código é bastante simples e auto-explicativo, ele basicamente inicia importando a biblioteca GPIO, em seguida define as portas de saída e entrada de sinais digitais. Após isso, iniciamos um laço que será executado indefinidamente para verificar o status do botão.E então,se o valor recebido pelo pushbutton for “True” (nível lógico máximo) o LED será desligado. Caso contrário, o mesmo irá permanecer aceso. Para executar o código e ver todo circuito funcionar, basta apertar o botão F5 do teclado.

Esse exemplo é apenas um estimulo para quem está iniciando com Raspberry, de forma que essas pessoas comecem a se habituar com ambiente de desenvolvimento da plataforma. E ai? gostou do nosso tutorial? Já pensou no que fazer com Raspberry? Qualquer dúvida é só acessar nosso fórum.

 

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