树莓派 5 (Raspberry Pi 5)

# 树莓派 5 GPIO 编程例程

树莓派 5 使用 RP1 南桥控制 GPIO，推荐使用 **libgpiod** 或 **gpiozero**（底层已适配 RP1）。传统 RPi.GPIO 可能不完全兼容。

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## 示例 1：Python gpiozero — LED 闪烁

```python
#!/usr/bin/env python3
"""树莓派5 LED闪烁 — gpiozero版"""
from gpiozero import LED
from time import sleep
import signal

led = LED(17)  # BCM编号 GPIO17 (Pin 11)

try:
    print("LED开始闪烁，Ctrl+C 退出")
    while True:
        led.on()
        sleep(0.5)
        led.off()
        sleep(0.5)
except KeyboardInterrupt:
    print("\n退出")
finally:
    led.close()
```

## 示例 2：Python libgpiod — GPIO 控制（原生 RP1 支持）

```python
#!/usr/bin/env python3
"""树莓派5 GPIO控制 — libgpiod（推荐）"""
import gpiod
import time

CHIP = "/dev/gpiochip4"   # RP1 的 gpiochip，Pi5 上固定为 gpiochip4
LINE = 17                 # BCM GPIO17

chip = gpiod.Chip(CHIP)
line = chip.get_line(LINE)
line.request(consumer="blink", type=gpiod.LINE_REQ_DIR_OUT)

try:
    print(f"GPIO{LINE} 闪烁中...")
    while True:
        line.set_value(1)
        time.sleep(0.5)
        line.set_value(0)
        time.sleep(0.5)
except KeyboardInterrupt:
    print("\n退出")
finally:
    line.set_value(0)
    line.release()
    chip.close()
```

## 示例 3：Shell — gpioset/gpioget 命令行控制

```bash
#!/bin/bash
# 树莓派5 命令行 GPIO 控制

CHIP="gpiochip4"
PIN=17

# 设置 GPIO17 为输出、高电平
gpioset $CHIP $PIN=1
echo "GPIO$PIN → HIGH"
sleep 2

# 低电平
gpioset $CHIP $PIN=0
echo "GPIO$PIN → LOW"

# 读 GPIO27（Pin 13），先设为输入
gpioget $CHIP 27
echo "GPIO27 输入值: $?"
```

## 示例 4：C 语言 — libgpiod 读取按键

```c
/*
 * 树莓派5 按键读取 — libgpiod C API
 * 编译: gcc -o button button.c -lgpiod
 * 运行: ./button
 */
#include <gpiod.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

#define CHIP_NAME "/dev/gpiochip4"
#define BUTTON_PIN 27    // BCM 27 (Pin 13)
#define LED_PIN    17    // BCM 17 (Pin 11)

int main() {
    struct gpiod_chip *chip;
    struct gpiod_line *btn_line, *led_line;
    int btn_val, last_val = 1;

    chip = gpiod_chip_open(CHIP_NAME);
    if (!chip) { perror("打开 gpiochip 失败"); return 1; }

    btn_line = gpiod_chip_get_line(chip, BUTTON_PIN);
    led_line = gpiod_chip_get_line(chip, LED_PIN);

    gpiod_line_request_input(btn_line, "button");
    gpiod_line_request_output(led_line, "led", 0);

    printf("等待按键按下（BCM GPIO%d）...\n", BUTTON_PIN);

    while (1) {
        btn_val = gpiod_line_get_value(btn_line);
        if (btn_val == 0 && last_val == 1) {  // 下降沿（按键按下）
            printf("按键按下！LED 翻转\n");
            gpiod_line_set_value(led_line, 1);
        } else if (btn_val == 1 && last_val == 0) {
            gpiod_line_set_value(led_line, 0);
        }
        last_val = btn_val;
        // 简单去抖延时
        struct timespec ts = {0, 5000000}; // 5ms
        nanosleep(&ts, NULL);
    }

    gpiod_line_release(btn_line);
    gpiod_line_release(led_line);
    gpiod_chip_close(chip);
    return 0;
}
```

## 示例 5：Python — PWM 控制（硬件 PWM）

```python
#!/usr/bin/env python3
"""树莓派5 硬件PWM — gpiozero"""
from gpiozero import PWMLED
from time import sleep

# GPIO18 (Pin 12) 和 GPIO19 (Pin 35) 支持硬件PWM
led = PWMLED(18)

try:
    print("PWM 呼吸灯效果...")
    while True:
        # 渐亮
        for duty in range(0, 101, 2):
            led.value = duty / 100.0
            sleep(0.02)
        # 渐暗
        for duty in range(100, -1, -2):
            led.value = duty / 100.0
            sleep(0.02)
except KeyboardInterrupt:
    print("\n退出")
finally:
    led.close()
```

## 示例 6：I²C 扫描总线

```python
#!/usr/bin/env python3
"""树莓派5 I2C总线扫描 — 查找设备地址"""
import smbus2

# Pi5 默认I2C总线: /dev/i2c-1 (GPIO2=SDA, GPIO3=SCL)
bus = smbus2.SMBus(1)

print("扫描 I²C 总线...")
devices = []
for addr in range(0x03, 0x78):
    try:
        bus.read_byte(addr)
        devices.append(hex(addr))
        print(f"  发现设备: 0x{addr:02X}")
    except:
        pass

if not devices:
    print("  未发现设备，请检查接线和 i2c_detect")
else:
    print(f"扫描完成，共 {len(devices)} 个设备")

bus.close()
```

## 示例 7：SPI 回环测试

```python
#!/usr/bin/env python3
"""树莓派5 SPI回环测试 — 将MOSI短接MISO进行测试"""
import spidev

spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)          # SPI0, CE0
spi.max_speed_hz = 1000000
spi.mode = 0

# 发送数据并接收（需将MOSI(GPIO10)与MISO(GPIO9)短接）
tx_data = [0xAA, 0x55, 0x12, 0x34]
rx_data = spi.xfer2(tx_data)
print(f"发送: {[hex(x) for x in tx_data]}")
print(f"接收: {[hex(x) for x in rx_data]}")

if tx_data == rx_data:
    print("✅ SPI 回环测试通过")
else:
    print("❌ SPI 回环测试失败，检查接线")

spi.close()
```

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## ⚠️ 树莓派 5 编程要点

1. **gpiochip 编号**：Pi5 使用 `/dev/gpiochip4`（RP1），而 Pi4/3 使用 `/dev/gpiochip0`。
2. **避免 RPi.GPIO**：该库未适配 RP1，推荐使用 `gpiozero`（>=2.0）或 `libgpiod`。
3. **I²C/SPI/UART**：通过 `raspi-config` 启用后，设备路径与 Pi4 一致（`/dev/i2c-1`, `/dev/spidev0.x`, `/dev/ttyAMA0`）。
4. **PWM**：硬件 PWM 仅限 GPIO12/13/18/19，共 2 通道（PWM0: GPIO12+18, PWM1: GPIO13+19）。
5. **Python 环境**：Pi5 预装 Python 3.11+，建议使用 `venv` 隔离包环境。