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Der GPIO als Ausgang

Ein GPIO ist keine Leistungsstufe und erreicht schon bei wenigen Milliampere (1 mA = 1/1000 A) seine Grenzen. Bei den meisten Schaltkreisen sind die GPIOs nur in der Lage zwischen low und high zu wechseln, das aber wie beim Eingang auch verdammt schnell. Das kann man sich zu nutze machen, um trotzdem Helligkeit von Leuchtmitteln oder Drehzahl von Motoren z.B. über die Pulsweitenmodulation (PWM) analogähnlich zu steuern oder mit GPIOs verschiedene Schnittstellen und Bussysteme zu betreiben. Dazu aber an anderer Stelle mehr.

ledMotoren, Relais pder leistungsstarke Leuchtmittel kann man also nicht direkt anschließen. Selbst eine LED mit 20 mA Stromfluss kann einen GPIO oder den ganzen Schaltkreis bereits schädigen. Auch hier ist es also ganz wichtig vorher ins Datenblatt zu schauen oder Anleitungen genau zu befolgen. Zum Ausprobieren sollte man also maximal eine low current LED (low current = Niedrigstrom) benutzen. Die funktioniert schon ab ca. 2 mA. Nutzt man z.B. den Raspberry Pi mit einer Spannung von 3,5 V am GPIO, liegt man mit Vorwiderständen zwischen 600 und 800 Ohm genau richtig. Setzt man nun einen GPIO mit der Software auf high, sollte die LED Leuchten.

 

transistorstufeBesser ist, von vornherein eine Schaltung vorzusehen, die den GPIO entlastet. Da bietet sich z.B. eine Transistorstufe an. Je nach Transistor und Stromversorgung kann so schon eine Leistung von einigen Watt geschaltet werden. Es gibt noch weitere Möglichkeiten wie Optokoppler oder Transistorarrays (mehrere Transistorstufen in einem Schaltkreis) um die GPIOs zu entlasten. Viele Erweiterungen wie z.B. spezielle Relaiskarten, Motorsteuerungen oder LED-Treiberstufen haben einen entsprechenden Schutz bereits eingebaut, so dass sie direkt an den GPIOs betrieben werden können. Teilweise sind solche Erweiterungen so aufgebaut, dass sie auf die Stiftleiste des jeweiligen Gerätes aufgesteckt werden können. So wird es z.B. beim Arduino, beim Raspberry Pi oder auch beim Banana Pi gemacht. Je nach Anwendungsfall muss man sich dann entscheiden, welche Variante man wählt.

 

relaiskarterelaisraspiSC13523 30 grande

Kommentare   

0 #6 raven 2016-07-03 19:52
Ok, wie mache ich das wenn ich drei GPIO´s mit drei Tastern schalten will ? Bei mir werden beim betätigen einer Taste alle drei GPIO´s geschaltet.
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0 #5 Jörg Neumann 2015-10-23 16:27
zitiere Michael:
habe mir gerade eine 8-Kanal-Relaiskarte bei Pollin gekauft. (daypower) Diese verfügt über Optokoppler im jeweiligen Eingang. In der Anleitung heisst es, dass die Eingänge auf Masse gezogen werden müssen, damit die jeweiligen Relais schalten. Das sagt mir so gar nichts. Können Sie mir da weiterhelfen?


Die GPIOs müssen dazu als Ausgang konfiguriert sein. An COM (nicht an Vcc) können die 3,3V vom Raspberry Pi genommen werden. Sollte es nicht funktionieren, kann da durch die Dioden die Spannung verringert, auch 5V genommen werden. Wenn die Relais aus sein sollen, muss der GPIO auf high gesetzt werden, sobald er auf low gesetzt wird zieht das Relais an.
Für weitere Fragen würde ich bitten, ein Thread im Forum dazu zu eröffnen.
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0 #4 Michael 2015-10-23 12:30
Hallo Herr Neumann,

habe mir gerade eine 8-Kanal-Relaisk arte bei Pollin gekauft. (daypower) Diese verfügt über Optokoppler im jeweiligen Eingang. In der Anleitung heisst es, dass die Eingänge auf Masse gezogen werden müssen, damit die jeweiligen Relais schalten. Das sagt mir so gar nichts. Können Sie mir da weiterhelfen? (Link: zum PDF: www.pollin.de/.../D810273B.PDF )
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0 #3 H.Freitag 2015-08-22 13:16
Hallo Herr Neumann,

ich besitze noch den Vorgänger der Pi 2 und überlege mir ob ich mir die ganz neue Version zulegen soll. Nachdem ich aber, per Zufall ^^, auf Ihre Seite und vor allem dieses GPIO Tutorial, gestoßen bin werde ich mir jetzt gleiche ein PI 2 bestellen. Ich bin absoluter Laie in Sache Elektronik usw. aber ich denke mit Ihrer Seite und evtl. Sachbücher werde ich auch die Hürde meistern. Vielen Dank für Ihre Mühe und machen Sie bitte weiter so.

MfG H.Freitag
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+3 #2 Jörg Neumann 2015-02-19 17:55
Ich habe die Bilder nicht nummeriert. Welches Bild ist genau gemeint? Einen Kurzschluss gibt es offensichtlich nur bei dem zweiten Bild im Absatz "Pullup und Pulldown" und dass ist gewollt.
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-4 #1 User 2015-02-19 17:19
In Bild 2 wäre das ein glatter Kurzschluss!
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