Aula 9: Entradas e saídas digitais (GPIO)

Já vimos nas primeiras aulas as entradas e saídas da Raspberry Pi como USB, áudio, HDMI entre outros. Nesta aula iremos ver o funcionamento e a utilidade dos 40 pinos da placa.

Foto focando o GPIO

Os pinos são utilizados em conexões elétricas, cada um deles tem uma função diferente. Algumas delas podem exercer mais de um papel, dependendo do programa que a placa está executando. Essas funções podem ser:

Alimentação: São utilizados para dar energia aos circuitos. Esses pinos funcionam como uma fonte de tensão, podendo ser 5 V ou 3,3 V.

Terra (ground): É a referência dos circuitos, 0 V.  O tipo de pino mais utilizado, pois todo o circuito precisa de uma referência.

GPIO: São as entradas e saídas digitais. Eles podem ser programados como entrada, verificando se a tensão está em nível alto (3,3 V) ou baixo (0 V);  ou como saída, sendo programados para ficar em nível alto ou baixo.

Comunicação: São utilizados na comunicação da placa a outros componentes. Os protocolos disponíveis na placa são I²C, SPI e serial. Nas próximas aulas vamos nos aprofundar um pouco mais em cada uma delas e apresentar um exemplo de comunicação, utilizando o Display OLED. Os pinos de comunicação também pode ser usados como GPIO.

Conexão com a EEPROM: É utilizado por usuários mais avançados na comunicação com uma EPROM. Não mexa nesses pinos.

Esses pinos são dispostos pela placa, é interessante observar onde está o pino que você deseja utilizar antes de fazer as ligações. Ao localizar a posição deles na placa, é necessário se guiar por um mapa dos pinos, como o da imagem abaixo. Também é possível ver uma imagem dos pinos utilizando o comando “pinout” no terminal Linux.

Nossa versão dessa imagem

Utilizando o GPIO

Ao utilizar os pinos de GPIO, é interessante compreender um pouco como funciona um circuito. Um circuito elétrico basicamente é um laço onde circula energia elétrica, fazendo com que cada componente funcione. É importante ressaltar que é um laço fechado, a energia elétrica percorre um caminho fechado, passando por todos os componentes até retornar onde a energia veio.

No programa que a placa está executando é definido se um pino de GPIO atuará como entrada ou saída. Quando usado como saída, o pino de GPIO se comporta como uma fonte de energia do circuito. Ele vai energizar ou desenergizar o circuito conforme a programação que foi feita. Quando está energizado, o pino de GPIO fornece a tensão de 3,3 V ao circuito. Quando está desenergizado, o pino se comporta como um pino de terra, com uma tensão igual a 0.

Um exemplo que ilustra esse conceito, é o circuito utilizado ao acender um LED (do inglês, Light Emitting Diode), que funciona basicamente como uma pequena lâmpada que consome pouca energia. Quando o pino de saída está em alto (3,3 V) ele liga a fonte de energia do circuito, acendendo o LED, quando desliga, o LED apaga.

Esquema elétrico pisca LED

Quando colocado como entrada, um GPIO, é colocado no circuito porém não fornece a energia. Nesses casos, algum pino de alimentação é utilizado como fonte de energia. É necessário que pelo menos um pino de terra também esteja presente no circuito.

Conectando os componentes

Ao montar os circuitos utilizados nas próximas aulas, você vai precisar se guiar pela posição do pino na placa e pelo esquema de ligação que será fornecido. Conectar os componentes indicados à placa, serão utilizados a protobard e os jumpers.

Protoboard

A protoboard é um componente utilizado em quase todos os projetos de eletrônica. É sobre ela que se faz a montagem dos circuitos eletrônicos, ação também conhecida como prototipagemEla é cheia de furos, onde você pode encaixar os pinos dos componentes ou mesmo um fio diretamente, e tem uma lógica de conexão entre os furos que, depois que você entende, a montagem dos seus projetos fica bem intuitiva.

foto da mini protoboard

Com a protoboard podemos experimentar a montagem de diversos tipos de combinações de componentes eletrônicos e circuitos sem a necessidade de conectá-los permanentemente. Caso haja a necessidade de trocar um componente de posição ou mesmo substituí-lo, isso pode ser feito de maneira muito rápida e fácil.

Na protoboard existem duas colunas, cada coluna possui 5 furos e esses estão interligados entre si como mostrado nas linhas cinzas. Uma coluna não possui conexão interna com a coluna ao lado. Os blocos X e Y não são interligados entre si, sendo separados por uma cavidade central, e é que são colocadas a maior parte do circuito.

adaptar esta imagem

Esquema da protoboard

Nos nossos projetos vamos sugerir uma montagem através de um esquema de ligação. Mas se você mantiver as mesmas conexões e respeitar a lógica da protoboard, pode montar o projeto em qualquer lugar dela.

Jumpers macho-fêmea

Jumper é o fio que liga os vários componentes de um circuito. Você pode ligá-los na protoboard, na placa ou mesmo direto no componente. Ajudando na organização do seu circuito os jumpers vêm em diversas cores, mas as mesmas não alteram em nada o seu funcionamento.

Jumpers macho-macho

Nos esquemas de montagens de circuitos eletrônicos, os jumpers são representados apenas como traços coloridos, que ligam os componentes. Repare que para fazer as conexões um lado do jumper tem um pino, que encaixa na protoboard, e o outro lado tem um furo, que encaixa nos pinos da Raspberry Pi.

Foto ligando a placa na protoboard