1.15 技巧15连接GPIO脚到面包板上
树莓派实战秘籍
在你构建电子项目的时候，免焊面包板是一个相当有用的朋友，尤其是在原型设计或只是测试设备的时候更是如此。让我们动手做一个简单的到树莓派的连接。
虽然你可以直接通过常见的跳线或者直接在添加的设备和GPIO的引脚之间焊接一个线来简单地连接树莓派GPIO引脚和设备，但让你工作的空间越大，你可以发挥的余地就会越多，我们可靠的老朋友面包板正可以在这方面给你提供帮助。面包板如图1-7所示，即使你以前从未做过任何一个电子项目，你应该也注意到这家伙那白色的矩形塑料板上纵横排列的小孔洞了。
面包板的工作原理是提供了互相连接在一起的水平平行的连接孔（通常由间隙隔开），当你想将两根线连接在一起，你可以简单地将它们插入到同一行的排孔中。需要更多的孔？只需要从一行跳一根线到另一行即可。
此外，大部分面包板在每一边都有一个向下的垂直“轨道”，标有红色和黑色。这些轨道是用来接电源和地的，这种设计可以简化电路。
我们在Adafruit的朋友们做了一个名为Pi Cobbler的方便套件，它允许你连接一个标准26 pin排线（就像你在一个PC母板上使用的一样）到一个带丝印的印刷电路板（PCB，printed circuit board）的线缆连接器上并引出所有的引脚。这个PCB接口板上面设计有引脚，可以让你正确的连接到面包板上。然后，使用线缆连接树莓派的GPIO引脚到Pi Cobbler的PCB接口板上，你就可以直接通过面包板连接设备了。
这个技巧中的说明也受到了Limor“Ladyada”Fried的出色的组装教程1的启发。
Adafruit出售Pi Cobbler的两种变型产品：
紧凑型2
预装产品，因此你从邮局收到它之后就可以立刻使用它（他们过去常常将之作为未组装套件出售，但看起来他们不再这么做了）。
T-Cobbler版本3
稍大，但是得益于其T型布局，T-Cobbler还包含了面包板上少量的引脚。当本书撰写之时，T-Cobbler只作为工具包的一部分出售（非预装产品）。
如果你最终获得的是这些版本的未组装套件，那也不要烦恼，你自己把它组装起来也很容易。下面是你组装时需要的东西：
一把烙铁
一些焊锡
一块面包板
Pi Cobbler套件，包含一块蓝色的PCB、一个26 pin排线、一个黑色的连接器，以及一些公头针脚（有可能是单一的针脚或者有两个较小的针脚）
如果你的公头针脚（其样子是黑色塑料块在中间将金属针脚分成一长一短两段）是很长的单独的一根，你可以轻轻地将之折断成每片13针的两片，你可以用手指或钳子来完成。这两片对应着Pi Cobbler PCB长边上的两排13个孔。
然后继续向前，请插上你的烙铁电源并将它放在一边（如果你需要一些帮助，或者它通电加热还需要一会儿时间，可以参考一下下面的 “焊接提醒”的内容），并等待5～10分钟让它完全加热。如果你有一个带有温度设定的高端烙铁，Adafruit推荐你将烙铁的温度设置为700华氏度。
将Pi Cobbler PCB放在你的面前，并让引脚的丝印（例如，GND）清晰可辨且朝向正常的方向4。如果是T-Cobbler套件，这样放置后电路板的形状就像一个字母T，如果是原来的套件，电路板的长边应与你平行。
PCB上印刷了一个方框，这个方框表示黑色连接器插头应放置的位置。轻轻将插头压入该区域，注意将插头的缺口对准方框丝印上印刷的缺口。如果是原来的Cobbler PCB，缺口应在“21/27”丝印的右边，如果是T-Cobbler PCB，缺口应该在两个大圆孔中间T字的连接处。你必须确保插入的方向正确，如果你将缺口对反了，当连接上Cobbler和GPIO引脚后，这些引脚正好反转，将导致Cobbler上的标注全部都是错误的。
焊接提醒
初次接触焊接看上去令人生畏，但如果你足够小心并谨慎使用烙铁的话也并不困难。请记住以下几件事情。
焊接在加热时会释放轻微有毒的烟，因此你应该总是在一个通风良好的地方焊接。
烙铁需要加热，会很热（实际温度变化的类型和大小取决于你的烙铁），如果你碰到烙铁头会被灼伤，所以你应该总是拿着柄部，不要离它太近。
总是假定一个插上插头的烙铁处在加热状态并一直这样对待它。见鬼，实际上我们通常假设不插插头的电烙铁也是热的。
每个烙铁都应该有一个烙铁架，把它派上用场。这样做可以保护你的工作场所、项目、手、脚等不会因为不小心而被烧出一个孔。
手边放置一块小小的、湿润的海绵，如果需要的话，可以用它从热的烙铁上擦去多余的焊锡。如果烙铁的尖端被涂上了一层焊锡，它将难以有效地工作。
你不需要为了保证连接效果而滴一大滴焊锡下去。当加热的时候，焊锡会很快变成液体并流入热的连接处。只需要一点点即可，多加练习可以帮助你掌握多少焊锡最合适。
将PCB翻个面，仍然保持连接器插头连在上面，现在连接器在PCB的下面了，你应该可以看见26个连接器引脚从PCB上26个金属插孔中露出一点点。将你的烙铁的尖端同时靠住一对插孔和针脚，按住几秒钟以加热金属，然后在烙铁头上沾一些焊锡。焊锡会瞬间融化成液态，流向插孔和针脚接触处，形成一个完整的焊点。
要使用足量的焊锡使得插孔和针脚之间看不到间隙，但也不要太多以致连上了旁边的引脚。实际上，它确实不用很多，只要一点点就可以。焊锡将形成有效的电气连接，不过它也提供了机械黏合并使得设备结合在一起。对26个引脚重复上述过程，直到连接器插头被整齐地焊接到PCB上，然后将烙铁放回到焊架上（你将会在某一时刻再次使用它）。
取来面包板，把它放在你的面前。将两套公头排插插入面包板中，其中长的一端插入到面包板中，直至每个引脚中间的塑料头紧贴在面包板上。
你必须要做到让这些引脚都有着和其在Cobbler的PCB上同样的间距和对齐方式，对于原来的Cobbler，大概需要5排面包板间距，对于T-Cobbler，仅仅需要3排间距。
将PCB板翻转过来，将它对准公头引脚的短端，此时面包板对我们来说作为一个操作平台。轻轻地压下PCB板，直至所有的引脚穿过丝印插孔，且PCB紧紧贴在中间的塑料头上。重新拿起你的烙铁，并焊接这26个引脚和插孔中的每一个。
完成上述工作之后，使用潮湿的海绵头清洁烙铁尖端并拔下电源插头，将烙铁放回到支架上冷却。此时你可以用排线将刚完成的Pi Cobbler和树莓派的GPIO引脚连接起来，你会注意到，因为连接器缺口的原因，排线插入Pi Cobbler的方式只有一种，然而，一定要小心，因为树莓派的GPIO引脚没有任何连接器，排线可以用两种方式连接。包含在套件中的排线将有两个指示来帮助你正确 对齐。
排线有一根线的颜色与众不同，这根有着唯一颜色的线应该放置在靠近树莓派的SD卡插槽的一边。
排线的两端都有一个带缺口的连接器。插入Pi端的连接器的缺口应该朝向树莓派主板上的Logo，如图1-8所示，而不能远离它。
组装完成且连接好的Pi Cobbler看上去类似图1-9所示（图示是一个原来的Pi Cobbler）。
它可能看起来并没什么，但请相信我们，当你连接多个设备到树莓派的GPIO引脚时，这个套件可以为你使用面包板提供极大的便利（并一目了然地看清GPIO的丝印），从而让你很开心地完成技巧。
1.15.1 GPIO快速参考
如果你转动Pi并使得GPIO引脚在右上方，引脚被按照从上到下的方式编号，其中奇数在左边而偶数在右边（因此，第一行是1和2，第二行是3和4等）。这些引脚编号并不对应GPIO的编号，例如，GPIO 22位于15脚。表1-7说明了版本2主板的引脚的作用。
这些引脚的输入电压不应超过3.3V，而且引脚都没有过电压保护。
1.15.2 内部集成电路（I2C，Inter-Ingegrated Circuit）
你可以通过引脚3和引脚5访问I2C接口，这个接口用来连接低速设备或传感器。你可以通过同样的引脚连接多个设备。
1.15.3 脉冲宽度调制（PWM，Pulse-Width Modulation）
引脚12提供了通过脉冲宽度调制（标记为PCM_CLK）以类似于模拟控制的方式对电动机进行控制。出于某些目的，我们可以通过软件实现同样的效果。由于Pi只有一个PWN引脚，因此这非常有用。
1.15.4 通用异步接收/发送器（UART，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）
UART引脚（14/TXD和15/RXD）用于串行终端访问。如果你不需要用到这个，你可以将它们切换到GPIO模式并获得两个额外的GPIO引脚。I2C和SPI引脚也可以这么做，但是你使用UART引脚的可能性比使用I2C和SPI更小。
1.15.5 串行外设接口总线（SPI）
SPI引脚用来接入某些类型的传感器或连接其他设备。SPI工作在主/从方式：
19 – 主机输出，从机输入（MOSI）；
21 – 主机输入，从机输出（MISO）；
23– 串行时钟（SCLK）；
24 – CE0（片选）；
26 – CE1（片选）。
有两个片选引脚意味着你可以控制两个SPI设备。
对于那些想要更好的理解GPIO和更有效利用树莓派这一特性的人，我们推荐你看看这个页面5，这里提供了Pi的GPIO的访问库，如果你已经熟悉了Arduino的接线方式，这些信息将会对你特别有帮助。