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干货来了——Python远程调试+GPIO控制1602液晶屏实时显示时间

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  • TA的每日心情
    开心
    2018-8-25 16:46
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    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2017-1-29 23:44:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    本帖最后由 sjqlwy 于 2017-1-31 18:51 编辑

    前言
    原创文章,转载引用务必注明链接。水平有限,如有疏漏,欢迎指正。
    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。
    本文环境:ublinux 3.0;Win7_x64。
    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
    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。
    • 板载GPIO简介及存在的问题
    • GPIO引脚定义和功能简单示例
    • 树莓派交互式引脚说明

    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 == "1":
                    self.GPIO.output(self.pins_db[::-1], True)

            self.pulseEnable()

            for pin in self.pins_db:
                self.GPIO.output(pin, False)

            for i in range(4,8):
                if bits == "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 == '\n':
                    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!\nHow are you? .....abcdefghijg ")
        # lcd.scrollDisplayRight()

        while True:
            sleep(1)
            lcd.clear()
            lcd.message(datetime.now().strftime('  %I : %M : %S \n%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:
    lcd.png
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    发表于 2017-2-3 17:12:37 | 显示全部楼层
    上上原理图,参考一下,不错,有创意的产品。
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     楼主| 发表于 2017-2-3 20:33:52 | 显示全部楼层
    jwdxu2009 发表于 2017-2-3 17:12
    上上原理图,参考一下,不错,有创意的产品。

    原文链接里有
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