gpio چیست؟ کاربردها و عملکرد ورودی و خروجی جی پی آی او
جی پی آی او یکی از پورت های کاربردی در مدارهای الکتریکی که در بسیاری از میکروکنترلرها استفاده می شود. gpio چیست؟ General-Purpose Input-Output یک گیت ورودی خروجی همه منظوره است که در بسیاری از ماژول های الکتریکی مانند IC ها و میکروکنترلرهایی مانند برد مدار چاپی STM32 وجود دارد. برای استفاده از آن باید پس از برقراری ارتباط در مدار، برنامه نویسی های مورد نیاز برای کنترل پورت را نیز انجام دهید.
تعریف GPIO
یکی از پین های سیگنال در برخی از ماژول های الکتریکی، جی پی آی او است. gpio چیست؟ General-Purpose Input-Output یا ورودی خروجی همه منظوره، یک پین سیگنال دیجیتال در آی سی ها، مدارهای الکترونیکی MPU و MCU و بسیاری از میکروکنترلرها می باشد. این گیت هدف تعریف شده ای در حالت پیش فرض ندارد و برای استفاده از آن، باید وظیفه آن توسط مدارهای سطح بالاتر مشخص شود.
کاربرد GPIO چیست؟
بسته به محل تعریف و نوع استفاده از GPIO، می توان به منظور کارهای مختلفی از آن استفاده کرد. برخی از کاربردهای این ماژول الکتریکی در اینجا آمده است.
- کنترل چراغ ها، شیر برقی، موتورهای الکتریکی و فن ها
- تشخیص سیگنال های ناسازگار مانند ولتاژهای بالا در بافر ورودی، رله یا جداساز نوری
- کنترل یا نظارت بر مدارهای دیگر روی برد مانند آی سی ها
- خواندن وضعیت سوییچ های روی برد و شنت های پیکربندی
- تامین جریان خروجی لازم برای مستقیم LED
- استفاده از چند GPIO به عنوان گذرگاه ارتباطی سریال برای IC و سنسورهای الکتریکی
- کنترل فرآیندهای آنالوگ مانند سرعت موتور، شدت نور یا دما به کمک PWM
نحوه استفاده از gpio در مدارهای الکتریکی
برای استفاده از gpio، ابتدا باید پین ها را به درستی در برد متصل کنید؛ سپس با نوشتن کدهای نرم افزاری مورد نیاز برای آن، چگونگی ارسال سیگنال ها را به قطعه الکتریکی تعریف نمایید. در صورتی که از زبان پایتون کمک می گیرید، می توانید از ماژول های Rpi.GPIO و Gpiozero برای کنترل و هدایت gpio استفاده کنید. بهتر است بدانید در حالت کلی این پورت در حالت های زیر قابل تعریف می باشد.
- ورودی: شما می توانید از پورت gpio به عنوان ورودی مدار کمک بگیرید.
- خروجی: امکان استفاده از این پورت برای سیگنال های خروجی نیز وجود دارد.
- رابط UART: شما می توانید از gpio به عنوان رابط برای دریافت و ارسال غیر همزمان نیز استفاده کنید.
عملکرد ورودی خروجی GPIO در برد الکترونیکی
شما می توانید بسته به نیازهای خود، از gpio در هریک از حالت های زیر استفاده کنید.
- تنظیم پین ها به صورت ورودی یا خروجی
- فعال کردن یا غیر فعالسازی gpio
- خواندن مقادیر ورودی
- نوشتن یا خواندن مقادیر خروجی
- استفاده از مقادیر ورودی به عنوان IRQ
gpio در مدار مجتمع
در IC ها از gpio با اهداف مختلفی استفاده می شود؛ رویکرد کلی آی سی ها در پورت gpio چیست؟
- عملکرد اصلی: در برخی از انواع آی سی، از GPIO به عنوان یک عملکرد اصلی یاد می شود. Intel 8255 نمونه ای از IC ها است که در آن 24 عدد جی پی آی او به یک گذرگاه ارتباطی موازی متصل می گردد.
- قطعه کمکی: در بعضی از آی سی ها این پورت یک وسیله جانبی می باشد. Realtek ALC260 نمونه ای است که در آن 8 عدد GPIO به همراه عملکرد اصلی کدک صدا ارائه می شود.
کدام بردهای الکتریکی gpio دارند؟
می توان گفت رایج ترین کاربرد جی پی آی او، کار کردن با دستگاه های الکترونیکی چند منظوره است. رایج ترین مدار دارای gpio چیست؟ در اینجا به بررسی برخی از بردهای الکتریکی رایج که gpio در آنها وجود دارد می پردازیم.
1. بردهای breadboard و gpio
معمولا از رابط های gpio در بردهای موقت breadboard استفاده می شود که در آن قابلیت جابجایی قطعات به آسانی وجود دارد. در این شیوه معمولا قطعات مربوطه روی برِد برد مونتاژ شده و در آخر به کمک سیم به پین های GPIO اتصال پیدا می کنند.
2. gpio در میکروکنترلر آردوینو
ساده ترین برد دارای gpio چیست؟ آردوینو یکی از ابتدایی ترین انواع میکروکنترلرها است که معمولا برای اهداف آموزشی کاربرد دارد. این دستگاه قابل برنامه ریزی، دارای پین gpio بوده و به شما قابلیت برنامه ریزی برای قطعات ساده و کاربردی مانند حسگرهای نوری را می دهد.
3. برد رزبری پای pico و پورت gpio
یکی دیگر از مدل های کاربردی، رزبری پای است. برد رزبری پای چیست؟ این قطعه pico یکی دیگر از انواع میکروکنترلرهای ارزان قیمت می باشد که رابط های دیجیتالی گوناگونی در آن وجود دارد. در این برد نیز از gpio برای کنترل سیگنال های آنالوگ استفاده می شود.
4. پورت gpio در میکروکنترلر STM32
یکی از پرکاربردترین انواع میکروکنترلرها در سیستم های مختلف، STM32 است که در آن هریک از پین ها می توانند به عنوان یک gpio عمل کنند. در این مدل تنها عملیات های از پیش تعریف شده شامل ورودی و خروجی در حالت دیجیتال و آنالوگ برای پورت ها قابل استفاده هستند.
ملاحظات استفاده از gpio
در صورتی که از پورت های USB از پیش طراحی شده برای برقراری اتصال به سیستم خود استفاده کنید، احتمال بروز خطا یا بروز آسیب تقریبا صفر می باشد؛ زیرا ورودی و خروجی ها با دقت زیادی طراحی و آزمایش می شوند. از آنجایی که هدایت و تعریف وظایف gpio در حالت استفاده به عنوان UART بر عهده شما است، در صورتی که در اتصال قطعات الکتریکی دقت کافی به خرج ندهید، احتمال بروز آسیب جدی به اجزای مدار وجود دارد.
در آخر، پین gpio چیست؟
gpio چیست؟ این پورت یک ورودی خروجی همه منظوره است که در بسیاری از بردهای الکترونیکی و ic ها کاربرد دارد. قرارگیری آن در برخی از مدارهای مجتمع، به عنوان یک گذرگاه ارتباطی موازی است؛ ولی در برخی از موارد مانند یک وسیله جانبی از آن یاد می شود. بردهای breadboard، آردوینو و میکروکنترلرهای STM32 از جمله موارد استفاده از این پورت می باشند. شما می توانید با پیاده سازی های نرم افزاری، از GPIO به عنوان ورودی، خروجی و UART کمک بگیرید.
سوالات متداول GPIO در میکروکنترلرها
آیا استفاده از GPIO در مدار الکتریکی ضروری است؟
از آنجایی که در برخی از بردهای الکتریکی این پورت در دسته ورودی خروجی های اصلی نیست، می توانید از آن صرف نظر کنید؛ ولی در برخی از میکروکنترلرها مانند STM32، همه پورت ها از نوع gpio هستند که قطعا مورد نیاز خواهند بود.
در کدام بردها پورت gpio وجود دارد؟
در بسیاری از بردهای الکتریکی مانند آردوینو، رزبری پای و breadboard پورت gpio وجود دارد.
