用GPIO读取按钮状态

树莓派的GPIO可以控制发光二极管，这是GPIO的Output（输出）能力，它也具有input（读取）的能力，所以才能叫做I/O（输入/输出）端口。今天我们就来用GPIO的引脚来读取按钮的状态。

需要的材料

要完成本次实验，我们需要如下的元器件。

• 开关按钮，2脚或四脚都可以。
• 两条跳线
• 面包板（可选，没有面包板，需要把元器件直接连接，容易出问题）
• 树莓派GPIO扩展组件（可选）

开关按钮

在我们日常生活中，开关按钮非常常见，每个电器的开关都是一个开关按钮。今天我们用的按钮如下图：

平时按钮的2个引脚是断开的，当按钮按下时，会连通2个引脚。四个引脚的按钮原理一样，只是两边的引脚是相通的，方便在电路中与其他元器件的连接。开关在电路图中的符合较多，常见的如下：

其他元器件上一节讲过，这里不再赘述。

所有器件的全家福如下：

让我们按下面的电路把元器件连接起来。

把开关的一端引脚连到GPIO的GND（接地点），另一端连接到GPIO 27引脚。最终连接好后电路实物如下

电路好了，接下来我们编写程序来读取按钮状态。

读取按钮状态的Python程序

我们先用gpiozero库来读取按钮状态，上一讲提到过这个类库对读取按钮状态做了封装，可以直接使用它的button类。在Thonny中新建一个python程序，代码如下：

from gpiozero import Button  #引入Button类


button = Button(27)    #按钮链接了GPIO27
button.wait_for_press()   #等待按钮被按下
print("你按了按钮")  #输出语句

运行这个程序，当按钮被按下时，可以看到在Thonny的输出窗口打印出来“你按了按钮”

这个程序在打印语句后就会退出，如果我们希望程序可以一直读取按钮状态，需要加入while循环。我们修改代码如下：

from gpiozero import Button  #引入Button类


button = Button(27)    #按钮链接了GPIO27
while True:
    button.wait_for_press()
    print("你按了按钮")

执行程序，然后按一下按钮，你发现了什么？是不是和我们预想的不同？是的，你的程序打印了很多的“你按了按钮”，而不是只有一个。

为什么会这样呢？

这是因为计算机的世界里事情发生的非常快，当我们按下按钮时，程序打印了“你按了按钮”后会马上回到while循环的第一句，也就是button.wait_for_press()，这仅需要几毫秒的时间，此时，我们的按钮还在被按下的状态，不需要等待被按下，所以就会马上执行下面的打印语句，然后继续下一个循环。虽然我们按了一下很快放开了按钮，但是按钮被按下的时间可能有几百毫秒，而每个循环只需要几毫秒，循环被执行了多次，我们就看到了很多的”“你按了按钮”。

那么如何实现我们按一次按钮，打印一句“你按了按钮”呢？我们可以加入一个等待语句，打印后稍等一下再进入下一个循环，此时按钮应该已经弹起了。新程序如下：

from gpiozero import Button
from time import sleep


button = Button(27)
while True:
    button.wait_for_press()
    print("你按了按钮") 
    sleep(0.3)  #等待300毫秒，然后再进入下一次循环。

执行程序，我们可以看到每次按下，"你按了按钮"只会打印一次。

如果我们再按几次，每次都会打印一句"你按了按钮"，而不是每次打印非常多句了。

使用RPi.GPIO库来读取按钮状态

刚才我们用gpiozero来读取按钮状态，语句容易理解，编写程序也容易，如果我们换成RPi.GPIO库应该怎么写程序呢？

这就比较复杂了，当把GPIO引脚设置为输入时，需要定义该引脚连接了上拉电阻还是下拉电阻，这2个概念对于孩子理解起来并不容易，可以简单理解为上拉电阻是引脚通过电阻连接高电位，下拉电阻是引脚通过电阻连接低电位。在我们的电路中没有接入电阻，但按原理应该算成是上拉电阻模式。最终的程序如下：

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep
GPIO.setmode(GPIO.BCM)


GPIO.setup(27,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP) #设置GPIO27为上拉电阻模式的输入


while True:
    in_value = GPIO.input(27)
    if in_value == False:
        print("你按了按钮")
        sleep(0.3)

执行这个程序，可以得到和前面用gpiozero库一样的效果，只是理解起来更难一些而已。

好了，现在我们已经知道如何通过GPIO来读取外部数据（按钮状态），也知道如何控制外部世界（发光二极管），接下来我们将用树莓派制作一个具有实用价值的东西：红绿灯。