Raspberry Pi GPIO pinnen: een overzicht van de aansluitingen

Het kleine Raspberry Pi board is zo volgepakt met alle componenten dat er geen ruimte meer over was om de 40 GPIO pinnen van informatie te voorzien. Op deze pagina zullen we uitleggen wat de 40-pins GPIO-aansluiting is van een Raspberry Pi, wat je er onder andere mee kunt en geven we een overzicht van de Raspberry Pi GPIO pinnen.

Ontvang gratis meer informatie over Raspberry Pi en Python door je in te schrijven voor de nieuwsbrief:

Schrijf je in voor de nieuwsbrief:

De 40-pins GPIO-aansluiting (General Purpose Input/Output) van de Raspberry Pi is een aansluiting die het mogelijk maakt om verbinding te maken met externe elektronische componenten. Zo kunnen de GPIO-pinnen worden gebruikt om informatie te ontvangen (input) of om informatie te verzenden (output). Dit maakt de Raspberry Pi bijzonder geschikt voor het maken van allerlei elektronische projecten (ook wel bekend als Raspberry Pi Projects) en het automatiseren van taken. Zo kun je aan de hand van de Raspberry Pi GPIO pinnen bijvoorbeeld een mini-lichtshow programmeren of een quiz organiseren en bij deelnemers een lichtje laten aangaan.

Een Raspberry Pi, een led, een weerstand en de juiste Python-bibliotheek zijn alles wat je nodig hebt voor een knipperende lichtshow. Dat wordt mogelijk gemaakt door de 40-pins GPIO-aansluiting (General Purpose Input/Output, univer­sele ingang/uitgang).

Daar kun je zonder veel moeite leds op aansluiten, maar ook drukknoppen, schakelaars, servomotoren, sensors en zelfs TFT-displays. De bijbehorende Python-bibliotheek GPIO is op Raspberry Pi OS al voorgeïnstalleerd, maar er zijn ook bibliotheken voor diverse andere programmeertalen. Op de Raspberry Pi Projects pagina staan diverse projecten die je kunt uitvoeren.

Van de 40 pinnen van de GPIO-poort zijn er 28 beschikbaar voor schakel- en besturingstaken. De andere zijn massaverbindingen of dienen om spanning te leveren.

Bij die laatste ligt ook het eerste struikelblok: de pinnen 2 en 4 zijn voor de ingangsspanning (Vin) van 5 volt van de Raspberry Pi.

Daar kun je de ingangsspanning van de Pi aftappen voor je eigen schakelingen of de Pi van stroom voorzien zonder een aparte voedingseenheid – zo werkt de PoE Hat (Power-over-Ethernet).

De schakelpinnen en ingangen werken echter alleen met een voedingsspanning van 3,3 volt (VCC), die beschikbaar is op de pinnen 1 en 17 – bij een hoger voltage gaan ze kapot!

Ondanks de lage spanning kun je een led niet rechtstreeks op de GPIO-pinnen aansluiten. Je hebt ook een voorschakelweerstand tussen 220 en 470 ohm nodig om de stroom binnen de perken te houden.

De 40-pins GPIO-aansluiting is wat de Raspberry Pi onderscheidt van een conventio­nele pc en maakt hem bijzonder interessant voor veel hobbyprojecten.

Want de pinnen zijn niet alleen te gebruiken om leds en andere componenten in en uit te schakelen, ze kunnen ook dienen als ingangen voor knoppen en schakelaars, gemoduleerde sig­nalen genereren en displays aansturen via de bussystemen SPI (Serial Peripherial Interface) en I²C (Inter-Integrated Circuit) en meetwaarden uitlezen van complexe sensors.

Daartoe hebben verschillende pinnen soms wel vijf functies. Pinnen 3 en 5 kunnen bijvoorbeeld leds of optocouplers schakelen, als drukknop-input functioneren of als I²C-bus sensors uitlezen.

In het overzicht van de GPIO-pinnen hebben we alleen de belangrijkste speciale functies genoemd. Dat kan je helpen om de juiste GPIO-pin te vinden voor bijvoorbeeld een led. Je zou die op pen 3 of 5 kunnen aansluiten, maar dat zou de I²C-bus blokkeren wanneer je je schakeling later wilt uit­breiden.

Daarom zijn de groen gemarkeerde pinnen, zoals 11 of 16 of 37, daar beter voor geschikt. Die hebben geen vaak gebruikte extra functie.

Soms zitten functies elkaar in de weg. Pin 5 is bijvoorbeeld niet alleen de kloklijn van de I²C-bus. Als je die pin kortsluit op massa zal de Raspberry Pi weer aan gaan als hij eerst was uitgeschakeld. Wil je de Pi voorzien van een aan-uitknop, dan moet je het doen zonder de I²C-bus of afzonderlijke knoppen gebruiken voor het in- en uitschakelen, met het risico dat de I²C-buscommunicatie verbroken wordt als je je vergist.

De tweede I²C-bus op de pinnen 27 en 28 (geel) kun je niet gebruiken omdat die pinnen gereserveerd zijn voor communi­catie met de EPROM van een HAT (Hardware ­Attached on Top) om zo nodig automatisch extra configuratieparameters of drivers te laden.

Soms zijn er alternatieven. Zo kun je de PWM-generatoren op de pinnen 12 en 33 ook verplaatsen naar de pinnen 32 en 35 door extra parameters op te geven in het bestand config.txt in de bootpartitie van de Raspberry Pi.

Een veel voorkomende valkuil is dat sommige softwareprojecten de interne GPIO-poortnummers van de Broadcom-­chip (BCM) gebruiken en niet de pinnummering van het board volgen. GPIO 17 op de chip is bijvoorbeeld verbonden met pin 11 van de 40-polige pinheader – dat leidt tot verwarring. Voor je eigen projecten kun je het beste de pinnummers van het board gebruiken, omdat dit het nabouwen makkelijker maakt.

Het kleine board van de Raspberry Pi is zo volgepakt met alle componenten, dat er geen ruimte meer over was om de 40 ­pinnen van de GPIO-header van nummers te voorzien. Daarom moet je zelf de pinnen telkens tellen om de juiste te vinden.

De pinnummering begint aan de kant van de wifi/bluetoothmodule (onder het blikken afdekplaatje) met #1 voor de eerste pin op de binnenste rij, dan volgt #2 voor de eerste pin op de buitenste rij, en dan #3 voor de tweede pin op de binnenste rij, enzovoort heen en weer tot het eind met #40 voor de laatste pin op de buitenste rij, vlak achter de ethernet­poort.

Als je verlegen zit om een snel spiekbriefje, kun je bij het Pi-besturingssysteem Bullseye het commando pinout typen voor een simpel overzicht.

Het commando pinout -x opent de website van pinout.xyz in de browser, met veel uitgebreide en interactieve informatie over de GPIO-pinnen.

Daarnaast zijn er diverse break­out-boards voor de GPIO in de handel, die wel ruimte voor opschriften bij de pinnen hebben. Bekend zijn de T-vormige boards waarmee je de GPIO-pinnen naar een bread­board brengt, zodat je jumperkabels makkelijker kunt aansluiten, terwijl de Pi zelf bijvoorbeeld in een behuizing zit.

Enkele behuizingen bieden door hun ontwerp ook ruimte voor pinnummers. Fabrikant Argon40 heeft dat bijvoorbeeld voorbeeldig benut bij zijn bekende Argon ONE Pi 4 Case. Onder het klepje dat de GPIO-pinnen afdekt zijn zowel de BCM- als de boardnummers op de behuizing geprint. Daarnaast hebben de GPIO-pinnen ook een kleurcode meegekregen. Heel handig.

(Deze informatie is afkomstig g uit een artikel dat geschreven is door Mirko Dölle en Marco den Teuling in c’t magazine)