v20140402
02 < index > 04
opl. oef.

GPIO aansturen onder RISC OS

Deel 03, GPIO als uitgang voor een LED

Eigenschappen van de GPIO pinnen
Een LED aansluiten op GPIO pin 4
Checken met !GPIOConfig
Stap voor stap aansturen
Alles in een bestand
Enkele aanvullingen
De structuur van een echt programma
Samenvatting
Extra oefeningen
Bronnen

top

Eigenschappen van de GPIO pinnen

de aanwezige GPIO pinnen (welke wel/niet), de volgorde en plaatsing bij de header heeft geen logica
ook de nummering van de header is niet volgens de standaard
de pinnen zijn onbeschermd en werken met de 3.3V logica
de pinnen zijn instelbaar als een in- of uitgang en dit met, via software instelbare eigenschappen
standaard zijn de poorten als ingang ingesteld met een interne weerstand naar de GND.
de max. stroom die de Pi tesamen aan alle pinnen kan leveren is 50mA. Dat geeft, indein we alle pinnen gebruiken, gemiddeld per pin niet meer dan 2mA
de max. stroom die per pin kan lopen is 16mA, maar standaard begrensd tot 8mA
de pinnen zijn niet beveiligd, dus wees extra voorzichtig en een extra controle van hard- en software is geen luxe
sommige pinnen hebben extra functies zoals rs232, i2c, spi, 1W, PWM (zie later)

GPIO	+5V	-	GND	14	15	18	-	23	24	-	25	8	7
header	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24	26
header	1	3	5	7	9	11	13	15	17	19	21	23	25
GPIO	+3.3V	2	3	4	-	17	27	22	-	10	19	11	-

Een duidelijk schema, incl. een printversie in pdf bij http://wiringpi.com/pins/ of hier enkel de pdf met overzicht van de pinnen.
Nog meer informatie op deze Wiki pagina en in de BCM2835 ARM Peripherals, vanaf pagina 89.

top

Een LED aansluiten op GPIO pin 4
Een goed doordachte hardware zal het programmeren eenvoudiger maken. Tijdens onze eerste stappen hebben we nog een ruime keuze welke pinnen we gaan gebruiken.

We gebruiken natuurlijk low-power led met een stroom van 2mA.
Berekening voorschakelweerstand
Aansluiting van de LED, steeds eerst de Raspberry Pi volledig uitzetten en stroomloos (= geen voeding) !!!
Laten we beginnen met GPIO 4 op header-pin nr 7.

En praktisch ?

mijn oplossing voor de cursus met de weerstand in transparante krimpkous

en nu ingestoken op de headerpinnen

een commercieel bordje met joy-stick schakelaar (5x in) en 2 ledjes, ..... en ook via aansluitingen RS

top

Checken met !GPIOConfig
Het programma "!GPIOConfig" kan gebruikt worden om de toestand van de GPIO pinnen te lezen, te veranderen en om een bepaalde configuratie te bewaren. Wij gaan het nu even gebruiken om te testen of ons ledje goed is aangesloten.

Een mooi groot overzicht van alle GPIO pinnen, incl. de extra header P2 met nog eens 4 GPIO pinnen.
Rode vierkantjes, de pin is een ingang.
Rood bolletje in het vierkantje, de ingang meet een hoog signaal, een 1.
Recht-klikken op een pin en de pin wordt een uitgang. Dan doen we op pin 7, de GPIO 4.
Gewoon-klikken op deze pin en we kunnen het ledje aan/uit zetten.

Later zullen we "!GPIOConfig" nog gebruiken, al was het maar om tijdens het runnen van ons eigen programma, de toestand van de GPIO pinnen weer te geven/ te kunnen volgen. Erg handig en gemakkelijk tijdens het zoeken naar foutjes.

top

Stap voor stap aansturen

GPIO module actief ? We openen een TaskWindow (met ctrl+F12) en type achter het sterretje (de prompt van de TaskWindow) "Help GPIO"
Neen ? Dan krijgen we dit antwoord

Dubbelklikken op de GPIO module en nogmaals proberen
Actief ? We krijgen dit antwoord
Juiste hardware ? Type in een TaskWindow "GPIOMachine"
Omdat er geen andere commando's meer zijn, gaan we nu verder in ARM BBC BASIC
We typen "*basic". ARM BBC BASIC wordt gestart en ">" is nu de prompt.
Sorry, alle basic statements/opdrachten steeds met hoofdletters.
Zeker weten dat het ledje goed is aangesloten ?
We maken van GPIO pin 4 een output
Ledje aan
Ledje uit
Door de laatste twee regels steeds opnieuw in te typen, laten we het ledje aan en uitgaan

Proficiat !

We verlaten BASIC met "QUIT".

top

Alles in een bestand
Stap voor stap is natuurlijk al iets, maar we willen dat de computer het ledje laat knipperen !

Menu-klikken in de takenbalk op StronED >> Create en ga opzij >> kies BASIC.
Een leeg venster met blauwe achtergrond wordt geopend.
We typen onze 2 laatste regels. Merk op dat de tekst vanzelf wordt gekleurd, en dit volgens de inhoud van de gegevens die we invoeren
We bewaren ons programma als knipperled_1. Onder RISC OS zijn geen extenties nodig om aan te geven dat de inhoud een BASIC programma is.
Dubbel-klikken en het programma wordt uitgevoerd.
Grote teleurstelling, we zien niets !
Toch is er niets fout, alleen heeft de computer het programma zo snel uitgevoerd dat wij het niet kunnen zien.
Twee oplossingen: we splitsen het programma in "led_aan" en "led_uit" of maken een vertraging.
We voor de 2de oplossing en typen de volgende vertraging tussen de twee opdrachten
We bewaren ons programma als knipperled_2.
Dubbel-klikken en het programma wordt uitgevoerd.
YES, het ledje gaat 1 seconde aan, en dan uit !

Werking:
de tijd van de computer wordt met "TIME" als een getal tijdelijk in de varabele "t%" gestoken. We wachten tot 100 ms voorbij zijn, en gaan verder met de volgende opdracht, het uitzetten van de led.
We willen natuurlijk dat het ledje steeds aan en uit gaat, zonder dat we telkens moeten starten.
Gewoon volgende regels toevoegen

We bewaren ons programma als knipperled_3.
Werking:
- Ditmaal wordt er nooit aan de voorwaarde voldaan, dus blijven we steeds herhalen. Ja, tot we de computer uitzetten, maar eenvoudiger door op de toets "esc" te klikken.
- Vergeet de 2de vertraging niet, want anders lijkt het dat het ledje nooit uitgaat. (Probeer maar door eenvoudig "REM " voor de regel te zetten.)
- De spaties zijn enkel en alleen voor het oog toegevoegd. (In andere talen zoals python verplicht !)
- We gebruiken twee timers met elk 100ms. Natuurlijk mogen de tijden verschillen waardoor de aan/uit verhouding wordt veranderd.
- We programmeren eenvoudig door opdrachten te herhalen, later kunnen we dat anders en compacter oplossen.

top

Enkele aanvullingen
Ons BASIC programma werkt eigenlijk alleen maar omdat we reeds handmatig de GPIO pin 4 als uitgang hebben ingesteld.

Laten we even kijken naar de !RunImage van het demo programma !PiLed. Dit programma is een "testprogramma" dat meegekomen is met de download van de GPIO module.
Even naar de juiste map gaan, met ingedrukte shift-toets klikken op !PiLed, dan met ingedrukte shift-toets klikken op !RunImage.
Om de structuur beter zichtbaar te maken, heb ik hieronder spaties toegevoegd.
Werking:
- De werking wordt een beetje uitgelegd in de tekst naast het programma.
- "GET" blijft wachten tot de gebruiker een toets-aanslag doet. De waarde wordt in de variabele "a" gestoken, maar verder niet gebruikt.
- Enkele technieken gaan we eenvoudig toepassen op ons programma.
Eerste aanvulling: testen van de toestand van de GPIO pin met "GPIO_ReadMode".
We voegen de volgende lijntjes toe.

We bewaren ons programma als knipperled_4. Het effect wordt zichtbaar door de "PRINT" opdracht.
Tweede aanvulling: snel van GPIO pin wisselen door een variabele te gebruiken
We voegen de volgende lijntjes toe.

We bewaren ons programma als knipperled_5. Het effect wordt zichtbaar door de "PRINT" opdracht.
Natuurlijk moet ook de hardware aangepast worden, bv. GPIO pin 17 zit op header-pin nr 11.
Derde aanvulling: testen van de hardware met "GPIO_GetBoard"
We voegen de volgende lijntjes toe, ook aan het eind !

We bewaren ons programma als knipperled_6.
Werking
- Het effect wordt zichtbaar door de "PRINT" opdracht.
- Opgelet, de "SYS-statement" is niet helemaal gelijk aan de opdracht in het TaskWindow.
Vierde aanvulling: testen of de GPIO module wel is ingeladen
Zie verder: "!Run" met "RMEnsure GPIO ...."
Werking
Vijfde aanvulling:
Werking

Een grote proficiat !!!

top

De basis-structuur van een echt programma
Ons BASIC programma werkt, maar

RISC OS is multi-tasting en toch wordt ons eigen BASIC programma nu als een single-task uitgevoerd, waardoor andere programma's niet bereikbaar zijn.
Het eenvoudige demo programma "!PiLed" laat multi-tasking wel toe ! Hoe ?
Onder RISC OS is elk progamma een "gesloten" map (door het uitroepteken of pling) met daarin een vaste structuur met elementen die steeds terugkomen.

Eerst even kijken: met ingedrukte shift-toets klikken op !PiLed.

!Boot, als de map, waarin het programma zich bevindt wordt geopend, dan zal, zonder dat het programma wordt gestart, reeds eigenschappen van het programma toegevoegd aan RISC OS
!Help, wat info over het programma
!Run, door te dubbelklikken wordt alles wat in !Run staat uitgevoerd, maar meestal als een voorbereiding voor het eigenlijke programma zelf
!RunImage, dit is het eigenlijk programma
!Sprites, verzameling van afbeeldingen/icoontjes

We gaan even vergelijken: met ingedrukte shift-toets klikken op "!GPIOConfig", het 2de programma in de GPIO.zip
We herkennen direct de basis-structuur, niet ?

Op een vrij eenvoudige manier kunnen we ons progamma aanvullen/aanpassen

We maken een mapje (directory) test
Daarin kopieren we het volledige programma !PiLED en en hernoemen het !flashled
We openen de programma map (met shift-klikken) en verwijderen !RunImage
We kopieren ons eigen programma en hernoemen het !RunImage
We openen de !Sprites (gewoon dubbel-klikken) en blijkbaar is er maar 1 afbeelding met de naam !PiLed. Ook is het tekenprogramma "Paint opgestart".
We veranderen de afbeelding en bewaren met ons werk met dezelfde naam als de naam van ons programma, dus "!flashled". De oorspronkelijke afbeelding mag blijven bestaan.
GPIO module is ingeladen ? Dat kunnen we hier eenvoudig testen. Het testprogramma !PiLed doet dat niet, maar !GPIOConfig wel.
Daarvoor openen we het bestand "!Run" van "!GPIOConfig" en kopieren de beide regels die beginnen met "RMEnsure GPIO ...." in onze eigen "!Run".
Testen: dubbelklikken op ons programma "!flashled" en het zou moeten werken.
Mijn "!flashled" staat als voorbeeld-oplossing in de root van dit deel 3, en ook in 03_progs.zip.

top

Samenvatting

RISC OS TaskWindow/BASIC

Raspian

Python

*Help GPIO
*GPIOMachine

>SYS "GPIO_GetBoard" TO variable

>SYS "GPIO_ReadMode",gpio-nr% TO variable%
>SYS "GPIO_WriteMode",gpio-nr,1 (output)

>SYS "GPIO_WriteData",gpio-nr,1
>SYS "GPIO_WriteData",gpio-nr,0

bash, some basic commando's

gpio -g mode gpio-nr out
gpio -g write gpio-nr 1
gpio -g write gpio-nr 0

gpio export gpio-nr out
gpio unexport gpio-nr
gpio exports = check

knipperled

REM is dit een Raspberry Pi ?
SYS "GPIO_GetBoard" TO board%

IF board% = 11 OR board% = 12 THEN
   PRINT "Dit is een Raspberry Pi ";
   IF board%=11 THEN PRINT "A"
   IF board%=12 THEN PRINT "B"

REM de waarde achter pin% is het GPIO pin nummer
pin%=17 : PRINT "GPIO pin nummer is "+STR$(pin%)

   REM is GPIO pin reeds een uitgang ?
   SYS "GPIO_ReadMode",pin% TO mode%
   IF mode% <> 1 THEN
       SYS "GPIO_WriteMode",pin%,1
       PRINT "GPIO pin is nu een uitgang."
   ELSE
       PRINT "GPIO pin was al een uitgang."
   ENDIF

   REM do this forever
   REPEAT
       SYS "GPIO_WriteData",pin%,1
       t%=TIME:REPEAT UNTIL TIME-t%>100
       SYS "GPIO_WriteData",pin%,0
       t%=TIME:REPEAT UNTIL TIME-t%>100
   UNTIL FALSE

ENDIF
END

Dubbel-klikken om programma te starten.

flashled.sh

gpio -g mode 4 out
while true
do
   gpio -g write 4 1
   sleep 0.5
   gpio -g write 4 0
   sleep 0.5
done

execute in terminal window as
bash flashled.sh

flashled.py

# start
import os
import wiringpi
from time import sleep

os.system( 'gpio export 4 out' )
sleep (0.5)

io = wiringpi.GPIO(wiringpi.GPIO.WPI_MODE_SYS)
io.pinMode(4,io.OUTPUT)

while True:
   io.digitalWrite(4,1)
   sleep(1)
   io.digitalWrite(4,0)
   sleep(1)
# end

execute in terminal window as
python flashled.py

top

Extra oefeningen
Enkele variaties en uitbreidingen om een ledje aan te sturen

pulsled: laat het ledje heel eventjes oplichten
varled: laat de snelheid van het knipperen van het ledje varieren (idee Karel V.)
wisselled: sluit 2 ledjes aan en laat afwisselend de ledjes oplichten
loopled: sluit drie of meer ledjes aan en laat in volgorde oplichten van links naar rechts (en evt. in beide richtingen)
verkeerlicht: sluit drie kleurledjes aan en laat volgens een een verkeerslicht oplichten
. . . . geef je ideeen maar door . . .

Klik hier voor een mogelijk oplossing, met korte beschrijving.

top

Bronnen

GPIO Electrical Specifications for the Raspberry Pi input and output pin voltage and current capability, cfr. http://www.mosaic-industries.com/
Content
- GPIO pin circuitry
- Input and output pin electrical specifications
- RPi GPIO input voltage and output current limitations
- GPIO pinout on header P1
- Finding your board's revision number
SDFS::RISCOSpi.$.Documents.Books.First Steps Programming.First/pdf
blz. 29, Waiting around
- Easy way: "FOR count%=1 TO 1000000:NEXT"
- Almost exact: "t%=TIME:REPEAT UNTIL TIME-t%>500" (500 centi-seconds)

top

Wordt vervolgd.
Frank RISCOS.be