Démarrer avec les broches GPIO sur le Raspberry Pi

Les broches GPIO sur le Raspberry Pi sont une fonctionnalité formidable que vous devez connaître. En tant qu’administrateur Linux, j’ai principalement utilisé le Pi pour tester des systèmes et des logiciels au départ. Mais pour aller plus loin et créer vos propres appareils électroniques et programmes, vous devez apprendre à utiliser les broches GPIO.

Les broches GPIO permettent d’ajouter des extensions à votre Raspberry Pi, que ce soit avec des HAT ou pour créer des circuits. La façon la plus simple d’utiliser les broches GPIO est de créer des scripts Python, mais Scratch ou d’autres logiciels sont également de bonnes options.

Dans ce guide pour débutants, je vais vraiment commencer avec les bases pour les personnes qui n’ont jamais utilisé les broches GPIO. Mais si vous avez déjà effectué quelques tests, vous pouvez utiliser le sommaire ci-dessous pour passer directement à ce que vous voulez découvrir plus en détail.

Vous aurez besoin de quelques articles pour compléter ce tutoriel. Si vous n’avez rien trouvé sur le sujet, vous pouvez consulter ce kit génial de Sunfounder. Il pourrait être un peu trop avancé pour ce tutoriel, mais il vaut le coup sur le long terme, car vous n’aurez besoin de rien d’autre pour vos premiers projets.

La base des broches GPIO

D’accord, commençons par les bases concernant les GPIO.

Que sont les broches GPIO ?

GPIO signifie General Purpose Input/Output.
Ce sont les 40 broches que vous pouvez voir sur le Raspberry Pi, près du bord de la carte :

Le but des broches GPIO est d’ajouter des extensions à votre Raspberry Pi. Par exemple, la plupart des HAT utilisent ces broches pour se connecter au Raspberry Pi (vous pouvez trouver mes recommandations pour les HAT Raspberry Pi ici si vous voulez en essayer un).

Vous pouvez aussi créer des circuits électroniques en connectant ces broches GPIO avec des câbles, des LED et d’autres accessoires. Vous en entendrez parler davantage plus tard.

Disposition des broches GPIO

Chaque broche a un rôle spécifique, et vous pouvez l’utiliser uniquement pour ce rôle.
Certaines ont une fonction d’entrée/sortie, d’alimentation (3,3 V ou 5 V), ou de terre.
Il y a des choses encore plus complexes que nous couvrirons plus tard. Donc, c’est important de connaître le rôle de chacune.

J’ai un guide complet sur les broches GPIO (en anglais) ici que vous pouvez consulter pour plus de détails.
Voici une illustration pour nous permettre de commencer rapidement :

Le site web pinout.xyz est utile pour consulter ce genre de schémas.
Il vous donne la disposition exacte et le rôle de chaque broche.
J’ai aussi un article dédié aux broches du Raspberry Pi Pico (en anglais) si vous utilisez ce modèle.

Si votre plaque de montage ou kit GPIO n’en a pas, je recommande d’imprimer cette image.

Configuration du Raspberry Pi

Avant de jouer avec les broches GPIO, nous devrions prendre quelques mesures avec le Raspberry Pi pour nous assurer que tout est prêt :

• Commencez par mettre à jour votre système.
  sudo apt update
sudo apt upgrade
• Assurez-vous que la bibliothèque Python est déjà installée (elle devrait être pré-installée sur la plupart des versions).
  sudo apt install python3-gpiozero
• Facultatif : activez I2C et SPI dans raspi-config.
  Vous n’en avez pas besoin dans ce tutoriel, donc vous pouvez passer cette étape.
  Mais si vous allez plus loin après celui-ci, cela pourrait vous faire gagner du temps, car personne n’explique cela 🙂
  sudo raspi-config
  Allez dans “Interface Options”.
  Et activez I2C et SPI dans chaque sous-menu.

Les broches I2C et SPI sont des broches GPIO spécifiques. Vous pourriez en avoir besoin avec certains modules matériels qui en ont besoin (un écran comme celui-ci par exemple).

Si les commandes Linux ce n’est pas trop votre truc, n’hésitez pas à jeter un œil à cet article qui vous explique les commandes qu’il faut absolument connaître. Je vous donne aussi une antisèche à télécharger pour les avoir toujours sous la main !

Matériel requis

Voici le matériel recommandé dont vous avez besoin pour suivre le reste de ce tutoriel (avec des liens Amazon) :

• Raspberry Pi : Bonne nouvelle, tous les modèles ont les mêmes broches, donc n’importe quel modèle conviendra.
• Un kit breadborad sera parfait, avec tout ce dont vous avez besoin à l’intérieur. De cette façon, vous ne poserez pas des dizaines de questions pour savoir quel composant vous avez vraiment besoin (pas facile quand vous commencez juste avec les circuits GPIO).
• Ou au moins :
  • Une breadboard
  • Des câbles de raccordement mâle/femelle, pour brancher la breadboard aux broches GPIO
  • Et aussi des câbles de raccordement mâle/mâle peuvent être utiles aussi (sur la breadboard)
  • Des LED et résistances
  • Je n’en ai pas encore, mais ce genre de carte d’extension GPIO est une excellente option pour savoir quelle broche utiliser

Ces composants seront utiles pour de nombreux projets par la suite, c’est une longue liste de choses dont vous avez besoin pour commencer, mais vous les utiliserez à chaque fois après 🙂

Voilà, une fois que vous avez tout préparé, vous pouvez passer à la prochaine étape.

Bases de la breadboard

Commençons par la breadboard.
Si c’est votre première fois, vous pourriez avoir du mal à comprendre comment elle fonctionne.

Installation de la breadboard

Si vous utilisez le kit breadboard que j’ai recommandé ci-dessus, la première étape est de l’installer dans le boîtier en plastique bleu.
Généralement, vous devez le fixer dans le grand espace et visser le Raspberry Pi à l’emplacement correspondant.

À ce stade, votre configuration devrait ressembler à ceci :

Ne branchez pas le câble d’alimentation du Raspberry Pi pour le moment.

Schéma de la plaque de montage

Avant d’aller plus loin, vous devez comprendre comment fonctionne une plaque de montage.
Chaque trou est une broche que vous pouvez utiliser pour brancher quelque chose.

Entrée d’alimentation

Aux bords de la plaque, il y a deux lignes :

• La ligne rouge est pour l’entrée d’alimentation
• La ligne bleue est pour la terre

Chaque port est connecté avec toutes les broches de la même ligne.

Attention, avec certaines plaques de montage (comme la mienne), il y a une séparation au milieu, vous pouvez voir un espace dans la ligne rouge par exemple.
Si vous branchez près du port 0, cela ne fonctionnera pas près du port 50.

Autres ports

Les autres ports sont utilisés pour tout le reste (LED, résistances, autres modules).
Un fil les relie en colonnes.
Si vous prenez un numéro sur la plaque, il connecte chaque port de la même colonne avec les autres.

Schéma

Ce sera plus clair avec cette image :

J’ai encadré chaque port connecté.

Le carré rouge correspond à une ligne d’entrée d’alimentation.
Il y a quatre lignes de ce type sur la plaque.
Si vous alimentez un des ports encadrés, vous pouvez l’utiliser à partir de n’importe quel autre port surligné.

Pour les ports de masse, c’est la même chose (carré bleu).

Et pour les autres ports, vous pouvez voir le carré vert comment ils sont connectés ensemble.
C’est la même chose pour chaque colonne, pour les deux côtés de la ligne du milieu.

Si nécessaire, voici un schéma complet :

Votre premier circuit : faites clignoter la LED !

Ok, c’est la fin de la partie théorique, et le début de votre premier tutoriel de circuit.
Passons à la pratique 🙂

Configuration de la plaque d’essai

Comme toujours, commencez par brancher les broches sans qu’une source d’alimentation soit branchée.

Pour commencer, vous avez besoin de :

• 1x LED
• 2x fils de connexion mâle/femelle
• 1x résistance

Prenez les deux fils de connexion et branchez-les ainsi :

• Un de la ligne de terre à une broche de terre du Raspberry Pi (par exemple, la quatrième de la première rangée, port 9)
• L’autre d’un port d’entrée/sortie (par exemple, l’avant-dernier de la première rangée, port 26)

Vous avez maintenant deux câbles, connectés uniquement au Raspberry Pi.
De l’autre côté, vous devez les connecter à la plaque d’essai :

• Branchez une LED avec chaque pied dans deux colonnes différentes comme indiqué dans le schéma ci-dessous.
• Branchez le câble de masse dans la même colonne que la broche la plus courte de la LED, juste à côté.
• Connectez l’autre câble à la colonne adjacente, mais du côté opposé de la plaque d’essai.
• Enfin, placez la résistance entre le câble d’entrée et la LED.

Un schéma rendra tout plus clair, voici à quoi cela devrait ressembler :

Maintenant, démarrez le Raspberry Pi et accédez à SSH (ou à l’interface graphique si vous préférez) pour créer le script Python.
Dès que le Raspberry Pi s’allume, évitez de toucher le circuit.

Script Python

Le premier script de base que nous pouvons coder est celui pour allumer la LED pour vérifier que tout fonctionne.
Pour ce faire, Raspberry Pi OS comprend déjà toutes les bibliothèques dont vous avez besoin.

Remarque : La bibliothèque Python RPi.GPIO est obsolète. Il est maintenant recommandé d’utiliser gpiozero à la place, qui fonctionne sur toutes les versions de Raspberry Pi. Il existe d’autres options disponibles, mais puisqu’elle est préinstallée, commençons par celle-ci.

Dans un terminal, ou avec votre éditeur de code préféré, créez un nouveau fichier python :
nano led_on.py

Collez ces lignes à l’intérieur :

from gpiozero import LED
from time import sleep

led = LED(26)

while True:
    led.on()
    sleep(1)
    led.off()
    sleep(1)

Le code est assez facile à lire, donc cela devrait être clair.
Le seul piège est le numéro de broche à utiliser dans la fonction LED.
Vous pourriez avoir une numérotation différente sur votre carte d’extension ou autocollant, mais vous devez utiliser le numéro BCM de pinout.xyz.

Enregistrez et quittez (CTRL+X) et exécutez le script avec :
python3 led_on.py

La LED devrait commencer à clignoter (une seconde allumée, une seconde éteinte).
Si ce n’est pas le cas, vérifiez chaque paragraphe précédent pour voir ce que vous avez manqué.
Si votre circuit semble bon, vérifiez le sens de la LED, il y a un côté + et un côté -.

Au fait, si vous débutez avec les scripts Python, vous devez probablement consulter cet article en premier. J’ai aussi un e-book complet sur Python sur Raspberry Pi qui explique tout, des bases à la maîtrise. Je vous le recommande vivement si vous voulez sérieusement apprendre Python et Raspberry Pi.

Conclusion

C’est tout, vous avez maintenant appris les bases sur les broches GPIO et la plaque d’essai.
Vous êtes capable de construire des circuits de base, et vous êtes prêt pour le niveau suivant 🙂

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