Работа с вводом: читаем состояние кнопки

После освоения управления выходными сигналами (output), следующим логическим шагом является получение данных из внешнего мира. GPIO-контакты, сконфигурированные как вход (INPUT), позволяют системе отслеживать напряжение на пине и интерпретировать его как логический HIGH (высокий уровень) или LOW (низкий уровень). Основной функцией для этого является GPIO.input().

Фундаментальная проблема: "Плавающий" вход

При работе с пинами в режиме входа возникает критически важный нюанс, известный как неопределенное, или "плавающее" состояние (floating state).

Если входной пин ни к чему не подключен или подключен к разомкнутой цепи (например, к отжатой кнопке), его логический уровень не является ни HIGH, ни LOW. Он становится похож на флюгер на ветру, будучи крайне чувствительным к любым внешним электромагнитным наводкам. Это приводит к тому, что программа может считывать хаотичные, случайные значения, что делает невозможным получение достоверных данных.

Решение: Внешние стягивающие резисторы

Для борьбы с неопределенностью пину необходимо задать состояние по умолчанию. Поскольку внутренняя подтяжка в текущей версии библиотеки не реализована, для этого используется внешний резистор.

• Стягивающий резистор (Pull-Down): Внешний резистор подключается между GPIO-пином и землей (GND). Если никакое другое напряжение на пин не подается, этот резистор будет "стягивать" его уровень к LOW. Это и есть наше состояние по умолчанию.
• Подтягивающий резистор (Pull-Up): Альтернативный вариант, где резистор подключается между пином и питанием (3.3V). В этом случае состояние по умолчанию было бы HIGH.

В нашем примере мы будем использовать стягивающий резистор (Pull-Down), как показано на схеме.

Практический пример: Чтение кнопки с внешним резистором

1. Аппаратная часть:

• Repka Pi
• Макетная плата (Breadboard)
• Тактовая кнопка
• Светодиод
• Два резистора (один для светодиода, ~220 Ом; второй для стяжки, ~10 кОм)
• Соединительные провода

2. Схема подключения Внимательно соберите схему, как показано на рисунке.

• Питание и земля:

  1. Подключите пин №1 (3.3V) на Repka Pi к красной (+) шине питания на макетной плате.
  2. Подключите пин №6 (GND) на Repka Pi к синей (-) шине земли на макетной плате.

• Схема светодиода:

  1. Подключите пин №11 на Repka Pi к одной ножке резистора (~220 Ом).
  2. Вторую ножку этого резистора подключите к длинной ножке светодиода (аноду, +).
  3. Короткую ножку светодиода (катод, -) подключите к синей (-) шине земли.

• Схема кнопки (с Pull-Down резистором):

  1. Установите кнопку на макетную плату.
  2. Подключите пин №7 на Repka Pi к одной из ножек кнопки.
  3. К этой же ножке подключите один контакт стягивающего резистора (~10 кОм).
  4. Второй контакт стягивающего резистора подключите к синей (-) шине земли.
  5. Противоположную ножку кнопки подключите к красной (+) шине питания (3.3V).

Логика схемы: Когда кнопка не нажата, стягивающий резистор соединяет пин №7 с землей, поэтому его состояние по умолчанию — LOW. Когда вы нажимаете кнопку, она замыкает пин на 3.3V, и его состояние становится HIGH.

3. Программный код (read_button_external.py)

# -*- coding: utf-8 -*-

import RepkaPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

# --- 1. Настройка ---
# Используем физическую нумерацию пинов, как на схеме
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

# Определяем пины для кнопки и светодиода согласно схеме
BUTTON_PIN = 7
LED_PIN = 11

# Настраиваем пин светодиода как ВЫХОД
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)

# Настраиваем пин кнопки как ВХОД.
# ПАРАМЕТР pull_up_down НЕ УКАЗЫВАЕМ, так как он реализован внешним резистором.
GPIO.setup(BUTTON_PIN, GPIO.IN)

# --- 2. Основной цикл ---
try:
    print("Программа запущена. Нажмите кнопку, чтобы зажечь светодиод.")
    print("Нажмите CTRL+C для выхода.")
    
    while True:
        # Считываем состояние пина кнопки
        button_state = GPIO.input(BUTTON_PIN)

        # Проверяем состояние. Так как мы используем Pull-Down,
        # нажатие кнопки приведет к состоянию HIGH.
        if button_state == GPIO.HIGH:
            # Кнопка нажата - включаем светодиод
            GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)
        else:
            # Кнопка не нажата - выключаем светодиод
            GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)
            
        sleep(0.05) # Небольшая задержка для снижения нагрузки на процессор

# --- 3. Очистка ---
except KeyboardInterrupt:
    print("\nЗавершение работы.")
finally:
    GPIO.cleanup() # Сбрасываем состояние всех использованных пинов

4. Запуск и результат

Запустите скрипт командой python3 read_button_external.py. Изначально светодиод будет выключен. При каждом нажатии на кнопку он будет загораться, а при отпускании — гаснуть.

Этот пример демонстрирует канонический способ работы с вводом данных, когда требуется максимальная надежность. Использование внешнего стягивающего (или подтягивающего) резистора — это фундаментальная практика в цифровой электронике, гарантирующая предсказуемое поведение системы.