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GPIO bei IoT – Die universelle Schnittstelle zur Steuerung und Erfassung von Signalen

GPIO – Die universelle Schnittstelle zur Steuerung und Erfassung von Signalen

Was ist eine GPIO-Schnittstelle?

Die GPIO-Schnittstelle steht für General Purpose Input/Output. Dabei handelt es sich um eine universelle digitale Schnittstelle, die auf vielen Mikrocontrollern wie dem Arduino, ESP32, Raspberry Pi oder anderen eingebetteten Systemen zu finden ist. GPIO-Pins können per Programm als Eingänge oder Ausgänge konfiguriert werden. Sie dienen zum Lesen digitaler Signale oder zum Ansteuern externer Komponenten.

Technische Spezifikationen (am Beispiel des Arduino Uno)

Merkmal Beschreibung
Anzahl GPIO-Pins 14 digitale I/O Pins (D0–D13)
Spannung 5V (Logik HIGH), 0V (Logik LOW)
Maximaler Ausgangsstrom ca. 40 mA pro Pin
Interne Pullup-Widerstände Softwareaktivierbar (INPUT_PULLUP)
PWM-fähige Pins D3, D5, D6, D9, D10, D11
Schutz Kein Überspannungsschutz integriert

Anwendungsbeispiel: LED über GPIO steuern

Das Projekt wird eine LED über einen GPIO-Pin ein- und ausschalten.

Bauteile:

  • 1× Arduino Uno
  • 1× LED (z. B. 5 mm, rot)
  • 1× 220 Ω Widerstand
  • Jumper-Kabel
  • Steckbrett

Schaltung:

Die LED-Anode (+) an Digitalpin 13 und die Kathode (–) über 220 Ω Widerstand an GND anschließen.


Arduino D13 ─────┬────>│──┬─── GND  
                 │   LED  │  
                 │        R  
                 └────────┘

Programmierung der Arduino IDE


// Pin-Definition
const int ledPin = 13;

void setup() {
  // Setze Pin 13 als Ausgang
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH); // LED ein
  delay(1000);                // 1 Sekunde warten
  digitalWrite(ledPin, LOW);  // LED aus
  delay(1000);                // 1 Sekunde warten
}

Erklärung des Codes

  • pinMode(ledPin, OUTPUT): Konfiguriert Pin 13 als Ausgang
  • digitalWrite(ledPin, HIGH): Schaltet die LED ein
  • delay(1000): Wartet 1 Sekunde
  • loop(): Wiederholt den Vorgang in einer Endlosschleife

Weitere Anwendungsmöglichkeiten von GPIO

  • Taster abfragen (Input)
  • Relais ansteuern (Output)
  • Sensoren auslesen
  • Servomotoren steuern
  • Datenkommunikation über I²C oder SPI

Fazit

Die GPIO-Schnittstelle ist das zentrale Bindeglied zwischen Mikrocontroller und realer Welt. Durch einfaches Umschalten zwischen Input und Output kann ein Arduino vielseitige Aufgaben übernehmen – von der simplen LED-Steuerung bis hin zur komplexen Sensorüberwachung. Wer die Funktionsweise der GPIO-Pins verstanden hat, besitzt das Fundament für nahezu jedes Elektronikprojekt.

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