GPIO الكمبيوتر

أنواع GPIO في الحاسوب الشخصي

المدخل/المخرج متعدد الاستخدامات (GPIO) في الحاسوب الشخصي هو عبارة عن دبوس رقمي يمكن برمجته ليكون مدخلاً أو مخرجا. يستخدم في تصميم الأنظمة المضمنة. ويفيد GPIO في الحاسوب الشخصي المستخدمين لأنه يمكن تخصيصه للاستخدام العام في كل من سعة المدخل والمخرج، اعتمادًا على المتطلبات في متناول اليد.

هناك العديد من أنواع GPIO في الحاسوب الشخصي، بما في ذلك GPIO اللاسلكي و GPIO USB و GPIO باستخدام المنفذ الموازي.

• GPIO اللاسلكي

  يسمح GPIO اللاسلكي في الحاسوب الشخصي للمستخدمين بالتحكم في دبابيس GPIO لاسلكيًا من أجهزة الكمبيوتر الشخصية الخاصة بهم. في بعض الحالات، يمكن استخدام تطبيقات الهاتف المحمول أو واجهات الويب للتحكم في الدبابيس لاسلكيًا. يمكن للمستخدمين استخدام أنظمة GPIO اللاسلكية لتوفير الاتصال بمشاريعهم حيث لا يمكن استخدام الأسلاك، على سبيل المثال، تطبيقات أجهزة الاستشعار عن بعد.

• GPIO USB

  تحصل أجهزة الكمبيوتر الشخصية GPIO USB على GPIO من خلال اتصال USB. يمكن للمستخدمين الذين يحتاجون إلى خيارات GPIO إضافية استخدام GPIO USB كرابط وسيط إلى جهاز كمبيوتر شخصي من مشروع. يمكنهم أيضًا استخدامها للتحكم في العناصر التي لا يمكن للكمبيوتر الشخصي الوصول إليها مباشرة.

• GPIO المنفذ الموازي

  تُتصل هذه المنافذ بمنفذ موازي لأجهزة الكمبيوتر الشخصية التي تم تصنيعها. تستفيد التطبيقات مثل التحكم في آلة CNC من استخدام هذه المنافذ. نادرًا ما تُستخدم اليوم لأنها تستند إلى تقنية قديمة.

يمكن تقسيم أنواع GPIO في الحاسوب الشخصي إلى أنواع إدخال وإخراج، بناءً على وظائفها. تشمل أنواع الإدخال زر الضغط المؤقت، ومفتاح الميل، ومفتاح الضوء، ومستشعر درجة الحرارة، بينما تتكون أنواع الإخراج من مصباح LED، وجهاز إنذار السماعة، ونظام التتابع الكهربائي، ووحدة التحكم في المحرك.

زر الضغط المؤقت هو جهاز يتم تشغيله يدويًا ويشغل الدوائر الكهربائية عند الضغط عليه. على عكس مفتاح التبديل الذي يظل في الوضع المضغوط، لا يظل زر الضغط في هذا الوضع وسوف يعود إلى وضع إيقاف التشغيل عند تحريره. مفتاح الميل هو آلية تنشط أو تغلق دائرة عند إمالة، وسوف تغلق دائرة تسمح بمرور التيار الكهربائي عند إمالة في اتجاه المفتاح. غالبًا ما تُستخدم هذه الآلية في الأشياء مثل الهواتف المحمولة، حيث يتغير اتجاه الشاشة تلقائيًا عند إمالتها.

تشمل GPIO الإدخال الأخرى مفتاح الضوء، الذي هو عبارة عن شعاع ضوء تم كسره، ومستشعر درجة الحرارة، الذي يكتشف درجة الحرارة ويُرسل إشارة إلى جهاز كمبيوتر بحيث يمكن قياسها ومراقبتها. يعمل LED، كأداة بث ضوء، من خلال إضاءة نفسه عند مرور تيار من خلاله. يُصدر جهاز إنذار السماعة صوتًا من خلال الاهتزاز عند مرور التيار الكهربائي من خلاله.

وظيفة وميزة GPIO في الحاسوب الشخصي

ستختلف وظائف وميزات منفذ GPIO في الحاسوب الشخصي اعتمادًا على العلامة التجارية والطراز والتخصيصات التي تم إجراؤها. بعض الوظائف والميزات الشائعة تشمل ما يلي:

• الإدخال الرقمي والمخرج الرقمي (DIO): هذه هي الوظيفة الأساسية لـ GPIO في الحاسوب الشخصي، والتي تمكن الدبابيس من أن تُحدد إما كمُدخلاً أو كمخرجا. يسمح المخرج الرقمي بإرسال إشارات التشغيل/إيقاف التشغيل، ويتم استقبال نفس الإشارات في المدخل، مما يسمح بقراءة حالة الأجهزة وأجهزة الاستشعار والمفاتيح.
• معالجة المقاطعة: يمكن لدبابيس GPIO توليد مقاطعات، والتي تُعتبر مهمة لتنبيه الأحداث التي تم اكتشافها دون الحاجة إلى فحص مستمر. هذا مفيد في تطبيقات مثل تغيرات الإشارة من الخارج، حيث تكون إجراءات الاستجابة السريعة ضرورية.
• الإدخال التناظري: قد يحتوي تنفيذ GPIO في الحاسوب الشخصي على أجهزة استشعار تناظرية تقدم البيانات في شكل قيم متغيرة، مثل درجة الحرارة أو شدة الضوء. يمكن دمج ذلك باستخدام محول تناظري إلى رقمي (ADC) الذي يحول الإشارة التناظرية إلى تنسيق رقمي، والذي يمكن بعد ذلك قراءته ومعالجته بواسطة الكمبيوتر.
• مخرج PWM: يسمح تعديل عرض النبضة (PWM) بإخراج تناظري محاكي عبر إشارات GPIO. يمكن استخدام هذا في وظائف لا يكون فيها الدبوس الرقمي للخروج عالياً أو منخفضًا تمامًا، مثل التحكم في سطوع مصابيح LED أو التحكم في سرعة المحرك.
• الاتصال التسلسلي: بعض دبابيس GPIO قادرة على تنفيذ الاتصال التسلسلي، وهو أمر مهم لتبادل البيانات بين الأجهزة. يشمل ذلك بروتوكولات مثل SPI و I2C و UART.
• تعدد دبابيس الإدخال/المخرج: لزيادة وظائف منفذ GPIO في الحاسوب الشخصي، يتم تعيين العديد من الوظائف للدبابيس، ويمكن إجراء اختيار بناءً على متطلبات التطبيق.
• مستويات الجهد: هذا اعتبار أساسي عند استخدام GPIO في الحاسوب الشخصي، حيث تعمل هذه الدبابيس بمستويات جهد معينة يجب أن تتوافق مع الأجهزة الخارجية لتجنب التلف أو مشاكل سلامة الإشارة.
• معالجة إزالة الارتداد: يسمح GPIO في الحاسوب الشخصي بمعالجة الإشارات القادمة من المفاتيح الميكانيكية ومنع إنشاء إشارات متعددة خاطئة عند الضغط على مفتاح أو تحريره.
• السرعة والتوقيت: يشير هذا إلى معدلات النقل السريعة التي يمكن تحقيقها، والتي تُعتبر مهمة في التطبيقات التي يكون فيها نقل البيانات بين الأجهزة بسرعة عالية ضروريًا.

سيناريوهات استخدام GPIO في الحاسوب الشخصي

تنمو السوق العالمية للمدخلات/المخرجات العامة القابلة للبرمجة (GPIO). كانت هناك مبيعات إيرادات تقارب 455 مليون دولار أمريكي لمنتجات GPIO القابلة للبرمجة في عام 2021. ومن المتوقع أن ينمو القطاع بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) بنسبة 12.3% من عام 2022 إلى عام 2030. يشير هذا النمو في السوق إلى أن GPIO في الحاسوب الشخصي لديه استخدام واسع في العديد من الصناعات، بما في ذلك ما يلي:

• الأجهزة الطبية: يتصل GPIO القابل للبرمجة بأجهزة الاستشعار ويتحكم في الأزرار في المعدات الطبية مثل مضخات التسريب وأدوات التشخيص وأجهزة تخطيط القلب المحمولة. يساعد الأطباء والعاملين في المجال الطبي على الحصول على قراءات دقيقة وتشغيل الأجهزة الطبية بسلاسة.
• السلع الاستهلاكية الإلكترونية: يُصبح GPIO في الحاسوب الشخصي مفيدًا في حالة الحاجة إلى رؤوس الدبابيس. هذا، على سبيل المثال، في إنشاء أجهزة قابلة للارتداء مخصصة، وأجهزة التحكم عن بعد، وكاميرات رقمية. تسمح قابليته للبرمجة بوظائف مصممة خصيصًا لمنتجات إلكترونية متنوعة لتقديم أداء مثالي.
• صناعة السيارات: يمكن للمستخدمين تكوين دبابيس GPIO على جهاز كمبيوتر شخصي للتواصل مع الأجهزة في السيارة. إنه أمر بالغ الأهمية للتنمية والاختبار في تطبيقات مثل وحدات التحكم في الجسم ونظم مراقبة ضغط الإطارات ووحدات الأبواب.
• المباني والمساكن الذكية: تعد وحدات GPIO في الحاسوب الشخصي مناسبة تمامًا للدمج في أنظمة المنازل الذكية. يشمل ذلك الأقفال الذكية، وأجهزة التحكم في الإضاءة، وأجهزة استشعار درجة الحرارة، وأنظمة الأمان. يمكن برمجة دبابيس GPIO للعمل مع جميع أجهزة المنزل، وتقديم تنبيهات، وتشغيل الأقفال، وما إلى ذلك.
• التصنيع المخصص والروبوتات: تستخدم الصناعات GPIO في الحاسوب الشخصي للروبوتات المتحركة والآلات المخصصة والتطبيقات الصناعية. تُعتبر دبابيس الإدخال/المخرج ضرورية لمراقبة المشفرات، ومفاتيح الحد، وأجهزة الاستشعار عن قرب، وغير ذلك الكثير. تتيح GPIO القابلة للبرمجة للمصنعين دمج وتلقين العمليات الإنتاجية المتنوعة.
• التعليم والنماذج الأولية: تستخدم الجامعات وهواة جمع الطوابع والشركات الناشئة GPIO في الحاسوب الشخصي على نطاق واسع للتعلم والتجربة والابتكار. إنه متكامل على نطاق واسع مع GPIO Raspberry Pi ولوحات Arduino ومنصات المتحكمات الدقيقة الأخرى.

كيفية اختيار GPIO في الحاسوب الشخصي

عند البحث عن شراء GPIO في الحاسوب الشخصي للبيع، هناك العديد من العوامل التي يحتاج تجار التجزئة إلى مراعاتها. تشمل:

• الجودة

  عند شراء GPIO في الحاسوب الشخصي للبيع بالتجزئة، يجب على أصحاب المتاجر أن يسعوا لشراء GPIO في الحاسوب الشخصي المعروفة بمتانتها وموثوقيتها. سيساعدهم هذا على تقليل حالات الإرجاع وتكلفة الإصلاحات الإجمالية.

• سمعة البائع

  قبل اتخاذ قرار بشأن البائع لشراء GPIO منه، يجب على أصحاب المتاجر البحث عن سمعة البائع. يجب عليهم النظر في تصنيف البائع ومراجعاته لمساعدتهم في تقييم سمعته ومصداقيته. بالإضافة إلى ذلك، يمكنهم سؤال أصحاب المتاجر الآخرين عن النصائح حول البائع.

• التنوع

  عند شراء مجموعة متنوعة من العناصر للبيع بالتجزئة، مثل GPIO في الحاسوب الشخصي، يجب على أصحاب المتاجر الشراء من البائعين الذين يملكون مجموعة متنوعة من العناصر. نظرًا لأن عملائهم لديهم تفضيلات وأذواق مختلفة، سيمكنهم ذلك من تلبية الاحتياجات المختلفة.

• التسعير

  عند شراء العناصر بكميات كبيرة، يجب على أصحاب المتاجر تحديد ميزانية محددة يرغبون في إنفاقها. يجب عليهم أيضًا مقارنة الأسعار بين البائعين المختلفين لضمان حصولهم على صفقة جيدة. سيساعدهم هذا أيضًا على اتخاذ قرارات مستنيرة وضمان حصولهم على قيمة مقابل أموالهم.

• خيارات التخصيص

  عند التعرف على GPIO، يجب على تجار التجزئة أن يعرفوا أن هناك العديد من الأنواع والشركات المصنعة. بعض البائعين يوفرون خيارات تخصيص لعملائهم. يجب على أصحاب المتاجر جذب عملاء متنوعين من خلال اختيار البائعين الذين يقدمون خيارات التخصيص.

• الحماية والتغليف

  عند شراء مجموعة GPIO بكميات كبيرة، يجب على أصحاب المتاجر سؤالهم عن تغليف المنتج وحمايته أثناء الشحن. يجب عليهم التأكد من أن التغليف عالي الجودة وأن العناصر محمية من التلف أثناء النقل.

• دعم ما بعد البيع

  قبل شراء GPIO في الحاسوب الشخصي، يجب على تجار التجزئة مراعاة نوع الدعم الذي يوفره البائع بعد البيع. يجب عليهم التأكد من أنه يمكنهم الاتصال بالبائع بسهولة للحصول على المساعدة إذا واجهوا أي مشاكل في GPIO.

• البحث والمعرفة

  عند شراء العناصر للبيع بالتجزئة، يجب على أصحاب المتاجر تعليم أنفسهم حول العناصر التي يحتاجون إلى شرائها. في هذه الحالة، سيساعد تعلم GPIO في الحاسوب الشخصي تجار التجزئة على معرفة الأنواع والمواصفات والميزات المختلفة لعملائهم. بالإضافة إلى ذلك، يمكنهم قراءة الشهادات والمراجعات لإعطائهم رؤى قبل اتخاذ قرار نهائي.

أسئلة وأجوبة حول GPIO في الحاسوب الشخصي

س1: هل يمكن استخدام دبوس GPIO في الحاسوب الشخصي كمنفذ تسلسلي؟

ج1: نعم، يمكن تكوين دبابيس GPIO باستخدام البرامج كمنافذ اتصال تسلسلية.

س2: ما الذي يحدد أنواع الإشارات التي يمكن لدبوس GPIO التعامل معها؟

ج2: يتم تحديده بواسطة الخصائص الكهربائية للدبوس، مثل مستوى الجهد وسعة التيار.

س3: أين يمكن للمرء أن يجد مخطط GPIO لـ PC محدد؟

ج3: يمكن العثور على مخطط GPIO لنموذج PC محدد في دليل المستخدم.

س4: ما هي الأدوات التي يمكن أن تساعد في تكوين دبابيس GPIO على جهاز الكمبيوتر؟

ج4: أدوات مثل مكتبة WiringPi أو الأمر "gpio" مفيدة لأنظمة Linux.