课堂目标

• 认识面包板、发光二极管、电阻、杜邦线等元器件。
• 掌握GPIO的接口功能和分布。
• 认识最基础的电路图

认识元器件

面包板

面包板是什么

面包板是专为电子电路的无焊接实验设计制造的板子。由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，所以非常适合电子电路的组装、调试和训练。

面包板的由来

面包板的得名可以追溯到真空管电路的年代，当时的电路元器件大都体积较大， 人们通常通过螺丝和钉子将他们固定在一块切面包用的木板上进行连接，后来电路元器件体积越来越小，面板板也更新换代变成现在的树脂金属条制作的带孔板子，但面包板的名称沿用了下来。

面包板的结构

面包板上下两条是电源区，中间是元器件区。电源区横向相邻的5个孔是连通的，元器件区纵向相邻的5个孔是连通的。

面包板的使用

面包板可以让我们不用焊接和手工接线，将元件插进孔中就可以测试电路和元件，非常方便。面包板反面的导电金属条上连接有若干金属插孔，它们与正面的小孔相对应，所以使用面包板时需要注意，将元器件脚插入小孔时，一定要将元器件脚插到底。如果是集成块，可将两排的引脚压得互相靠近些，这样就不会造成松动。

发光二极管

发光二极管是什么

发光二极管简称LED，利用电子与空穴复合辐射出可见光的电子元器件。

发光二极管的发光颜色不同，所需电压一般不同：红黄的电压一般是1.8V~2.3V，蓝绿的电压一般是2.2V~3.6V。

发光二极管与其他灯源相比，具有的特点：

• 耗电量低：LED二极管体积小，耗电量低，不含贵金属材料，具有节能环保的特点，使用寿命长。
• 发光均匀：LED二极管在高速开关的状态下反应灵敏，不易损坏，发光均匀稳定。
• 耐冲击、防震动：无紫光和红外辐射，低电压下工作安全。

发光二极管的应用场景

二极管LED灯广泛应用于各类家电、电子产品、照明装饰、交通指示、城市亮化等相关领域。

发光二极管的规格

发光二极管的规格常见的有3mm、5mm，指的是灯头的直径。

LED正负极分辨

• 看引脚：长脚正极、短脚负极
• 看头部：头部内的引脚，大头为负极、小头为正极

色环电阻

电阻是指电子流流过的物理障碍，从而减缓电流的速度。例如10k电阻表示的是一万欧姆的电阻值，亦即电流通过会受到10k的阻碍力。

色环电阻都是属于薄膜型，根据材料不同可分为：碳膜型、金属膜型等等。

碳膜电阻

碳膜电阻（碳薄膜电阻）为最早期也最普遍使用的电阻器，利用真空喷涂技术在瓷棒上面喷涂一层碳膜，再将碳膜外层加工切割成螺旋纹状，依照螺旋纹的多寡来定其电阻值，螺旋纹愈多时表示电阻值愈大，最后在外层涂上环氧树脂密封保护而成。

跟金属膜电阻相比，碳膜电阻的阻值误差大，但价格便宜。

金属膜电阻

金属膜电阻同样利用真空喷涂技术在瓷棒上面喷涂，只是将炭膜换成金属膜（如镍铬） ，并在金属膜车上螺旋纹做出不同阻值，并且于瓷棒两端度上贵金属。虽然它较碳膜电阻器贵，但低杂音，稳定，受温度影响小，精确度高成了它的优势。因此被广泛应用于高级音响器材，电脑，仪表，国防及太空设备等方面。

色环识别电阻

碳膜电阻一般是4环，金属膜电阻一般是5环。四环电阻前二环为数字，第三环表示阻值倍乘的数，最后一环为误差；五环电阻前三环为数字，第四环表示阻值倍乘的数，最后一环为误差。误差通常也是金、银和棕三种颜色，金的误差为5%，银的误差为10%，棕色的误差为1%，无色的误差为20%，另外偶尔还有以绿色代表误差的，绿色的误差为0.5%。

口诀：棕一红二橙是三，四黄五绿六为蓝，七紫八灰九对白，黑是零，金五银十表误差。

杜邦线

杜邦线也叫跳线，常用于电路实验的连接线。杜邦线两端的接口有公母接头之分，公头是有一根尖锐插针，母头是凹进去带孔的。因此杜邦线根据接头不同可分为：公公杜邦线、母母杜邦线、公母杜邦线。

GPIO

通用型输入输出，简称GPIO。树莓派有40个GPIO引脚，呈2列20排分布。物理引脚编号从左到右、从上到下依次递增。

树莓派的40个引脚，其中28个是可编程的引脚，可以通过编程控制LED灯、传感器等电子组件。

• GND：即Ground，代表地线，你也可以理解为负极。通常被设定为0V，作为其他电压的参考点，保证电路中电压的稳定性和准确性。同时为电路中的型号提供了一个回路，使电路形成一个完整的电流通道。
• VCC：Voltage Common Collector，代表正极电源，常见电压有3.3v和5v。VCC为电路提供能量，使电路中的元器件能够正常工作。
• GPIO.27：右边倒数第三个引脚，BCM编码为16，下面我们会使用这个引脚控制LED灯。

树莓派40个引脚具体功能如下：

接线

电路图

下图是本次实验的电路图，电流从电源的正极出发，经过LED灯，再经过电阻，最后回到电源的负极。加个电阻是为了避免烧坏电路板。

接线图

下面是接线图，红色线是从电池的正极引出，接入面包板的电源区正极孔，再接LED的正极引脚脚，LED负极脚接入一个电阻，电阻的另一边接入面包板的电源区负极孔，再从电源区负极孔接回电池的负极。这样就构成了一个完整的电路回路。

树莓派接线

• 用一根公母杜邦线从GPIO.27引脚引出到面包板的正极插孔
• 用一根公公杜邦线连接面包板的正极插孔和LED灯的正极引脚
• LED灯的负极引脚和电阻直接相连
• 用一根公母杜邦线连接面包板的负极插孔和GND引脚

编程

打开Thonny编辑器，编写下面程序。

from gpiozero import LED
led = LED(16)
led.on()

点击"Run"按钮，LED就被点亮了。

程序解释：

• from gpiozero import LED从gpiozero库导入LED类
• led = LED(16)创建编码16的LED对象
• led.on()调用led的on方法打开灯
• led.off()可调用led的off方法关闭灯

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