Raspberry Pi: GPIO mit Python und GPIO Zero programmieren

Python ist eine universelle Programmiersprache. Sie gilt als einfach zu erlernende Sprache, da sie über eine klare und übersichtliche Syntax und einer guten Lesbarkeit verfügt. Des Weiteren ist Python in der Informatik weit verbreitet, so dass man sie in Technik-nahen Ausbildungen und Berufen immer wieder findet.

GPIO Zero ist eine Python-Bibliothek. Sie stellt eine Software-Schnittstelle für Physical Computing bereit, um LEDs, Taster, LED-Reihen, 7-Segment-Anzeigen, Analog-Digital-Wandler und vieles mehr über die GPIOs in Python zu programmieren und zu steuern.

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten um die GPIOs zu steuern und zu programmieren. Welche man verwendet hängt von den Anforderungen ab, oder einfach auch von den eigenen Fähigkeiten sich in bestimmte Programmiersprachen und Bibliotheken einzuarbeiten.

Zusammen sind Python und GPIO Zero für Anfänger und Einsteiger einfach unschlagbar. Und auch Fortgeschrittene können von der Einfachheit profitieren. Alltägliche Funktionen, die mit vielen Zeilen Programmcode realisiert werden müssten, sind in GPIO Zero implementiert und können mit einem einzigen Kommando aufgerufen werden.

GPIOs mit GPIO Zero initialisieren

Im Gegensatz zu anderen Python-Bibliotheken für die GPIO-Programmierung folgt GPIO Zero einem anderen Konzept. Statt GPIOs als Eingänge oder Ausgänge zu definieren, definiert man ein „Device“ (Gerät oder Bauelement) als Objekt, dass an einem GPIO hängt. GPIO Zero kümmert sich dann darum, ob es sich um ein „Input Device“ (Eingang) oder ein „Output Device“ (Ausgang) handelt. Selbstverständlich kann man das auch selber festlegen.

Wenn also an einem GPIO eine LED als Bauelement initialisiert wird, dann stehen zur Steuerung der LED sinnvolle Funktionen zur Verfügung. Zum Beispiel „on“ für „ein“, „off“ für „aus“ und „blink“ für „Blinken“.

Hinweis: GPIO Zero verwendet für die GPIO-Initialisierung standardmäßig die BCM-Nummerierung des Chips. Das ist die interne Nummer des GPIOs und nicht die Nummer des Pins auf der GPIO-Stiftleiste. Die Übersicht mit der GPIO-Belegung solltest Du deshalb immer in Griffweite haben.

Python und GPIO Zero installieren

In Raspberry Pi OS ist Python (Version 3) standardmäßig installiert. Hier ist also nichts weiter zu tun.
GPIO Zero ist in der Desktop-Version von Raspberry Pi OS standardmäßig installiert. Nur die Lite-Version und andere Distributionen benötigen eine Installation von GPIO Zero, wofür eine Verbindung zum Internet notwendig ist.

Für die Installation auf der Kommandozeile für Python Version 3:

sudo apt update
sudo apt install python3-gpiozero

Entwicklungsumgebung zum Programmieren

Wenn man mit Raspberry Pi OS auf dem Desktop arbeitet und dort mit Python programmieren möchte, dann empfiehlt sich als Entwicklungsumgebung die Thonny Python IDE zu verwenden.
Die Thonny Python IDE erreicht man im Programm-Menü über das Untermenü „Entwicklung“.

Experimente und Anwendungen mit GPIO Zero

GPIO mit Python programmieren

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