import RPi.GPIO as GPIO import time # 定义每个GPIO引脚对应的编号（BCM编码） MOSI = 10 # 主设备数据输出 (Master Out Slave In) MISO = 9 # 主设备数据输入 (Master In Slave Out) SCLK = 11 # SPI时钟信号 SS = 8 # 从设备选择信号（Slave Select） # 初始化GPIO引脚状态 GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(MOSI, GPIO.OUT) GPIO.setup(MISO, GPIO.IN) GPIO.setup(SCLK, GPIO.OUT) GPIO.setup(SS, GPIO.OUT) # 获取指定通道上的原始ADC值 def read_adc(channel): # 将SS拉低 GPIO.output(SS, GPIO.LOW) time.sleep(0.0001) # 发送读取指令，并获取返回的原始ADC值 command = channel | 0x18 # 将通道转换命令整合到5位，格式为：1 1 start channel SGL/DIF ODD/Sign MSBF send_bits(command, 5) adc_value = receive_bits(12) # 将SS拉高 GPIO.output(SS, GPIO.HIGH) time.sleep(0.0001) return adc_value # 向从设备发送数据位序列 def send_bits(bits, length): for bit in range(length - 1, -1, -1): GPIO.output(MOSI, (bits & (1 << bit)) > 0) toggle_clock() # 接收从设备返回的数据位序列 def receive_bits(length): bits = 0 for bit in range(length - 1, -1, -1): # 首先拉高SCLK以便让对方发出数据 GPIO.output(SCLK, GPIO.HIGH) time.sleep(0.0001) # 然后将MISO的电平读取到bits变量中 if GPIO.input(MISO): bits |= (1 << bit) # 最后拉低SCLK准备下一次数据传输 GPIO.output(SCLK, GPIO.LOW) time.sleep(0.0001) return bits # 求解第一个通道（CH0）上的原始ADC值 print(read_adc(0)) # 关闭GPIO引脚状态 GPIO.cleanup() 解释一下代码

### Raspberry Pi 的 GPIO 控制与 SPI 通信详解 #### Python 实现 GPIO 引脚操作 为了在 Raspberry Pi 上实现 GPIO 引脚的操作，可以使用 `RPi.GPIO` 库[^2]。这是一个简单易用的库，能够帮助开发者快速配置和控制 GPIO 引脚的状态。 以下是基本的 GPIO 配置代码： ```python import RPi.GPIO as GPIO # 设置引脚编号模式为 BCM 编号方式 GPIO.setmode(GPIO.BCM) # 定义要使用的 GPIO 引脚 pin = 18 # 将指定引脚设置为输出模式 GPIO.setup(pin, GPIO.OUT) # 输出高电平到指定引脚 GPIO.output(pin, GPIO.HIGH) # 清理 GPIO 资源 GPIO.cleanup() ``` 上述代码展示了如何初始化 GPIO 引脚并将其设为输出模式，随后向其发送高电平信号。 --- #### 使用 Python 进行 SPI 通信 Raspberry Pi 提供了两个主要的 SPI 接口：SPI0 和 SPI1[^3]。这些接口分别具有以下功能引脚： - **MOSI**: 主机输出/从机输入（Master Out Slave In），用于主机向从机传输数据。 - **MISO**: 主机输入/从机输出（Master In Slave In），用于从机向主机传输数据。 - **SCLK**: 时钟信号（Serial Clock），由主机提供给从机以同步数据传输。 - **CE**: 片选信号（Chip Enable 或 Chip Select），用于激活特定的从设备。 对于 Python 中的 SPI 操作，通常会使用 `spidev` 库来处理低级别的硬件交互。下面是一段示例代码，展示如何通过 SPI 协议读取和写入数据： ```python import spidev import time # 初始化 SPI 总线 spi = spidev.SpiDev() # 打开 SPI 设备 (bus=0, device=0) spi.open(0, 0) # 设置 SPI 参数 spi.max_speed_hz = 1000000 # 设置最大频率为 1 MHz spi.mode = 0 # 设置 SPI 工作模式为 Mode 0 def spi_write(data): """ 向 SPI 发送数据 """ response = spi.xfer([data]) # 数据交换函数 return response[0] try: while True: data_to_send = 0x5A # 假设我们要发送的数据是十六进制数 0x5A received_data = spi_write(data_to_send) # 写入数据并通过 MISO 获取响应 print(f"Sent: {hex(data_to_send)}, Received: {hex(received_data)}") time.sleep(1) # 等待一秒再重复操作 finally: spi.close() # 关闭 SPI 连接 ``` 此代码片段实现了通过 SPI 总线发送数据，并接收来自从设备的反馈[^1]。 --- #### MOSI、MISO、SCLK 和 SS 的功能解析 - **MOSI** 是主设备用来发送数据至从设备的主要通道。当主机需要传递指令或参数时，它会通过这个引脚进行传输。 - **MISO** 则是从设备返回数据回主机的关键路径。例如，在传感器应用中，测量结果可以通过这条线路传送给主机。 - **SCLK** 提供了一个精确的时间基准，使得双方能够在一致的速度下完成每一位数据的采样和更新过程。 - **SS（片选）** 可理解为主机选择哪个具体的从模块参与当前对话机制的一部分；只有被选定的目标才会进入工作状态。 --- #### 结合 Arduino 的双向通信实例 如果希望 Raspberry Pi 作为 SPI 主控器并与 Arduino 构建起有效的连接，则需注意两者之间电压等级匹配问题——即确认所选用型号是否均为 3.3V 标准运行环境。一旦解决了电气兼容性方面的问题之后，就可以按照前述方法编写相应的固件程序来达成预期目标。 ---