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GPIO概要

🔌 はじめに

GPIO（General Purpose Input/Output）は、マイコンやシングルボードコンピュータ（例：Raspberry Pi）などに搭載される汎用入出力ピンのことです。
電子部品やセンサー、LED、スイッチなどと直接やり取りできるため、電子工作や組み込みシステム開発の基礎的なインターフェースとして広く使われています。

🧩 GPIOの概要

基本的な役割

  • 入力モード: 外部からの信号（ON/OFFやHIGH/LOW）を読み取る

    • 例：ボタンが押されたかどうかを検知

  • 出力モード: 外部に信号を送る

    • 例：LEDを点灯させる、モーターを回す

特徴

  • 汎用性: 用途を限定しない（I²CやSPIなど特定の通信にも割り当て可能な場合あり）

  • 低レベル制御: 電圧レベルの制御・読み取りを直接行う

  • プログラムから操作可能: C言語やPythonなどのコードで制御できる

⚙️ 動作原理

電圧レベル

  • HIGH: 論理値1（例：3.3Vまたは5V）

  • LOW: 論理値0（例：0V）

モード設定

  • 入力モード（IN）

  • 出力モード（OUT）

  • プルアップ/プルダウン（内部抵抗で電位を安定化）

プルアップ抵抗を有効にすると、入力ピンはデフォルトでHIGHになり、スイッチを押したときにLOWになるような回路が組めます。

🛠️ 主な用途例

  • LEDやブザーの制御（出力）

  • ボタン・センサーの信号読み取り（入力）

  • サーボモーターの角度制御（PWM出力）

  • 通信（I²CやSPI、UARTピンとして利用可能な場合）

📌 実装例（Raspberry Pi + Python）

import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)        # ピン番号の指定方法（BCM方式）
GPIO.setup(18, GPIO.OUT)      # GPIO18を出力モードに設定

for _ in range(5):
    GPIO.output(18, GPIO.HIGH)  # LED点灯
    time.sleep(0.5)
    GPIO.output(18, GPIO.LOW)   # LED消灯
    time.sleep(0.5)

GPIO.cleanup()                # ピン設定のリセット

🧭 注意点

  • 電圧の上限: 3.3V仕様のGPIOに5Vを入力すると故障する

  • 電流制限: 直接大きな負荷を駆動せず、トランジスタやリレーを介する

  • ESD耐性: 静電気による破損を防ぐため、取り扱いは慎重に

GPIOはPCのUSBポートのような保護回路が十分でない場合が多く、誤配線で簡単に破損します。電圧・電流値の確認は必須です。

🎯 まとめ

GPIOは、ハードウェアとソフトウェアを直接つなぐ重要なインターフェースです。
単純なON/OFF信号から、PWM制御や通信まで幅広く応用でき、電子工作の基礎スキルとして習得しておく価値があります

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