Wie man den GPIO-Anschluss des Raspi programmiert

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Ein Einplatinencomputer, der Schulkindern Informatik und Elektronik näher bringen soll, das war das erklärte Entwicklungsziel der Raspberry Pi Foundation. Der zunächst 26- und später 40-polige GPIO-Anschluss (General Purpose Input/Output, universelle Ein-/Ausgabe) ermöglicht, Elektronikschaltungen zu entwickeln oder mit fertig aufgebauten Modulen den Funktionsumfang des Raspi zu erweitern. So können Sie von einer blinkenden LED bis zum Roboterarm alles steuern. Wir zeigen Ihnen, wie Sie von der LED bis zum RFID-Kartenleser unterschiedlichste Komponenten an den Raspi anschließen und die richtigen Bauteile und Bauteilewerte für Ihre Schaltungen auswählen.

Von den 40 Pins des GPIO-Anschlusses können Sie 28 für unterschiedliche Schaltaufgaben verwenden, die restlichen dienen der Stromversorgung oder sind Masse-Pins. Ganz wichtig: Der Raspi arbeitet grundsätzlich mit 3,3-Volt-Pegeln und verkraftet keine höheren Spannungen. Die Pins 2 und 4 führen die Betriebsspannung VIN des Raspi von 5 Volt und dienen dazu, den Raspi oder Ihre Zusatzschaltung mit Strom zu versorgen. In der Übersicht der GPIO-Pins sind sie lachsrosa gefärbt. Pin 1, zu erkennen am rechteckigen Lötanschluss auf der Rückseite des Raspi, und Pin 17 (rot) liefern 3,3 Volt (VCC). Diese Pins können Sie ebenfalls zur Spannungsversorgung verwenden, dürfen sie aber auch direkt mit Eingängen des Raspi verbinden – aber bitte stets mit einem Vorwiderstand von 1,8 bis 2,2 kΩ (Kiloohm) zwischen Eingang und VCC.

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• Vor dem Anschluss von Bauteilen und Modulen an den GPIO-Port des Raspi muss man die korrekten Vorwiderstände und Spannungsteiler berechnen.
• Für einfache Aufgaben wie eine LED ein- und auszuschalten gibt es das Kommandozeilen-Tool pigs.
• Python ist die eigentliche Programmiersprache des Raspi, sie eröffnet Ihnen den Zugriff auf unzählige Bibliotheken für Displays, RFID-Leser, Servo-Controller und Schrittmotorsteuerungen.

Der Hintergrund ist, dass Sie alle 28 schaltbaren Pins sowohl als Eingänge als auch als Ausgänge konfigurieren können. Verbinden Sie VCC direkt mit einem Pin, der noch als Ausgang mit Massepegel (GND) geschaltet ist, gibt es einen Kurzschluss und der Raspi geht im Zweifel kaputt. Ein Vorwiderstand im Bereich von 1,8 bis 2,2 kΩ begrenzt den Strom auf unter 2 mA (Milliampere), was unkritisch ist. Ist der Pin als Eingang konfiguriert, fließt fast gar kein Strom; die Spannung am Eingang steigt auf 3,3 Volt an, so als gäbe es gar keinen Vorwiderstand.

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