树莓派 GPIO Input 部分高级应用技巧

此篇为 《树莓派使用基础》 中，RPIGPIO Input功能高级应用技巧。GPIO的简单使用请参考博文 树莓派3B+ GPIO输入输出使用

目前有几种途径可以在程序中获得 GPIO 的输入信息。

如果在输入针脚上没有连接任何元件，那么它将是“浮动（float）”的。换句话说，因为没有连接任何元件，在按下按钮或开关之前，读取的值是没有意义的。由于电源的波动，获取到的值可能会有很大的变化。

为了解决这个问题，我们需要使用 上拉/下拉电阻 。这样，我们就可设定输入的默认值了。在这里，可以使用硬件或软件对电阻进行上拉/下拉。使用硬件方式，将一个 10K 的电阻连接在输入通道与 33V（上拉）或 0V（下拉）之间是常用的做法。而 RPiGPIO 也允许您通过软件的方式对配置 Broadcom SOC 来达到目的：

或者

通道编号是基于所使用的编号系统所指定的（BOARD 或 BCM）。

边缘的定义为电信号从 LOW 到 HIGH（上升临界值）或从 HIGH 到 LOW（下降临界值）状态的改变。正常情况下，对于输入的值来说，我们更关心的是输入的状态是否发生了改变。这种状态上的改变是很重要的。

为了避免程序在忙于处理其它的事物时而错过了按下按钮的 *** 作，这里有两种方法可以解决：

在检测到边缘时执行线程回调函数

注意，可以输入 GPIORISING、GPIOFALLING、GPIOBOTH 对边缘进行检测。这种方式的优点是占用 CPU 资源很少，因此系统可以有充裕的资源处理其它事物。

RPiGPIO 在第二条线程中执行回调函数。这意味着回调函数可以同您的主程序同时运行，并且可以立即对边缘进行响应。例如：

如果需要多个回调函数：

注意，在该示例中，回调函数为顺序运行而不是同时运行。这是因为当前只有一个进程供回调使用，而回调的运行顺序是依据它们被定义的顺序。

可能会注意到，每次按钮按下时，回调 *** 作被调用不止一次。这种现象被称作“开关抖动（switch bounce）”。这里有两种方法解决开关抖动问题：

或者

由于某种原因，若不希望程序检测边缘事件，可以将它停止：

原文链接

参考链接

vmstat(VirtualMeomoryStatistics,虚拟内存统计) 是Linux中监控内存的常用工具,可对 *** 作系统的虚拟内存、进程、CPU等的整体情况进行监视。

vmstat的常规用法：vmstat interval times即每隔interval秒采样一次，共采样times次，如果省略times,则一直采集数据，直到用户手动停止为止。

top命令的汇总区域显示了五个方面的系统性能信息：

1负载：时间，登陆用户数，系统平均负载；

2进程：运行，睡眠，停止，僵尸；

3cpu:用户态，核心态，NICE,空闲，等待IO,中断等；

4内存：总量，已用，空闲（系统角度），缓冲，缓存；

5交换分区：总量，已用，空闲

任务区域默认显示：进程ID,有效用户，进程优先级，NICE值，进程使用的虚拟内存，物理内存和共享内存，进程状态，CPU占用率，内存占用率，累计CPU时间，进程命令行信息。

htop 是Linux系统中的一个互动的进程查看器,一个文本模式的应用程序(在控制台或者X终端中),需要ncurses。

Htop可让用户交互式 *** 作，支持颜色主题，可横向或纵向滚动浏览进程列表，并支持鼠标 *** 作。

与top相比，htop有以下优点：

▪ 可以横向或者纵向滚动浏览进程列表，以便看到所有的进程和完整的命令行。

▪ 在启动上，比top更快。

▪ 杀进程时不需要输入进程号。

▪ htop支持鼠标 *** 作

Netstat用于显示与IP、TCP、UDP和ICMP协议相关的统计数据，一般用于检验本机各端口的网络连接情况。

用法：

netstat –npl 可以查看你要打开的端口是否已经打开。

netstat –rn 打印路由表信息。

netstat –in 提供系统上的接口信息，打印每个接口的MTU,输入分组数，输入错误，输出分组数，输出错误，冲突以及当前的输出队列的长度。

▪ 杀掉某一程序的方法：ps aux | grep mysqld | grep –v grep | awk ‘{print 2 == “Z”){print $4}}’ | xargs kill -9

跟踪程序执行过程中产生的系统调用及接收到的信号，帮助分析程序或命令执行中遇到的异常情况。

举例：查看mysqld在linux上加载哪种配置文件，可以通过运行下面的命令：

能够打印系统总共运行了多长时间和系统的平均负载，uptime命令最后输出的三个数字的含义分别是1分钟，5分钟，15分钟内系统的平均负荷。

lsof(list open files)是一个列出当前系统打开文件的工具。通过lsof工具能够查看这个列表对系统检测及排错，常见的用法：

查看文件系统阻塞 lsof /boot

查看端口号被哪个进程占用 lsof -i : 3306

查看用户打开哪些文件 lsof –u username

查看进程打开哪些文件 lsof –p 4838

查看远程已打开的网络链接 lsof –i @19216834128

perf是Linux kernel自带的系统性能优化工具。优势在于与Linux Kernel的紧密结合，它可以最先应用到加入Kernel的new feature，用于查看热点函数，查看cashe miss的比率，从而帮助开发者来优化程序性能。

性能调优工具如 perf，Oprofile 等的基本原理都是对被监测对象进行采样，最简单的情形是根据 tick 中断进行采样，即在 tick 中断内触发采样点，在采样点里判断程序当时的上下文。假如一个程序 90% 的时间都花费在函数 foo() 上，那么 90% 的采样点都应该落在函数 foo() 的上下文中。运气不可捉摸，但我想只要采样频率足够高，采样时间足够长，那么以上推论就比较可靠。因此，通过 tick 触发采样，我们便可以了解程序中哪些地方最耗时间，从而重点分析。

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单片机或树莓派一般使用 L298n 模块来驱动电机 。L298N的实物图如下。

12V power：L298n 的电源正极，尽管标的 12V，但你可以使用 7V ~ 35V 的电源。

GND:  L298n 的电源地，树莓派的 GND 引脚也要接到这里，即 L298N 和 树莓派需要共地。

5V power:  L298n 输出的 5v 电源，是用来给单片机或树莓派供电的。如果你的树莓派是单独供电，那么这个引脚悬空。

Output 的两个引脚接直流电机的两脚，而板上有 Output A 和 Output B，分别驱动电机 A 和电机 B。

A Enable :  电机 A 使能，接 GPIO 口 。可以用PWM 来调速。

Logic Input :  接 4 个 GPIO 口。 上面两个脚 Input1 、Input2 (靠近 A Enable )控制电机 A ; 下面两个脚 Input3、Input4 （靠近 B Enable）控制电机 B。

B Enable : 电机 B 使能，接 GPIO 口。 可以用 PWM 来调速。

总结一下就是 A Enable 、Input1、Input2 控制电机 A 的运行，B Enable、Input3、Input4 控制电机 B 的运行。

如何控制的呢？ 下面是对电机 A 进行控制的真值表，电机 B 同理。

驱动一下试试吧！

下面是控制电机 A 的电路图：

把 L289N 的直流电源接好，然后把树莓派的 GND 与 L298N 的 GND 连在一起，因为共地后 L298N 才能识别树莓派发送的 IN1、IN2 到底是高电平还是低电平。   

树莓派的 2、3、4 脚分别连到 A Enable、IN1 、IN2 。（把 Enable 上的短接帽拿掉）

由控制表可知给 2 脚高电平，3 脚高电平，4 脚低电平，电机就会正转。

编写程序：

前面提到过 A Enable 和 B Enable 可以用 pwm 控制来调速，下面是相应程序。

接线不变！这个程序可以让电机 A 以不同的速度正转。

在树莓派中运行程序后，可以看到电机的转速会随着占空比的改变而变化。

程序源码在:  github

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