树莓派GPIO引脚概述：40pin引脚定义、编号方式与UART映射
好，咱们正式开始动手之前，得先把树莓派这张“脸”认清楚。我说的就是那个40pin的GPIO排针。
很多新手拿到树莓派，第一反应是：“这密密麻麻的针脚，哪个是哪个？” 别急，我刚开始玩树莓派的时候，也对着这40个引脚发过呆。有一次还因为接错线，直接把一个传感器模块烧了。嗯，从那以后，我再也不敢小看引脚定义了。
树莓派40pin引脚物理布局
树莓派从早期的26pin，发展到现在的40pin标准。不管你是Zero、3B+还是4B，只要不是那种计算模块，排针的物理排列都是一样的。你想想看，这其实是个好事——学会了，所有板子通用。
引脚分两排，每排20个。靠近SD卡槽或者板子边缘的那一排是1号引脚。我个人习惯把板子竖着放，让USB口朝下，这样1号引脚就在左上角。
下面这张图，是我自己画的一个引脚布局示意，你对照着板子看，一目了然。
GPIO编号方式：BOARD vs BCM
树莓派的GPIO编号，有两种方式。这可以说是新手最容易搞混的地方。我见过不少人在论坛上问：“为什么我写的代码控制不了引脚？” 结果一看，编号方式搞反了。
说白了，就是两套“命名系统”：
- BOARD编号：就是物理引脚的位置编号。1到40，简单粗暴。你拿万用表量，拿杜邦线插，用的就是这套。
- BCM编号：是Broadcom芯片内部定义的GPIO编号。比如GPIO2、GPIO3。这个编号和物理位置没有直接关系。
我建议你刚开始学的时候，用BOARD模式。为什么？因为物理位置不会变，你对着板子数就行。等你熟悉了芯片内部结构，再用BCM模式会更灵活。
| 编号方式 | 命名规则 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| BOARD | 物理引脚位置 (1-40) | 直观，对板子接线方便 | 不同型号板子引脚功能可能不同 |
| BCM | 芯片内部GPIO编号 | 与芯片手册一致，跨板兼容性好 | 需要查映射表，不直观 |
LED_PIN_BOARD = 11 和 LED_PIN_BCM = 17。这样一看就知道用的是哪种编号。
UART引脚映射：TXD与RXD
好，重点来了。我们做串口通信，最关心的就是UART的收发引脚。
树莓派默认的UART（也就是ttyAMA0或者ttyS0），对应的引脚是：
- TXD（发送）：物理引脚8，对应BCM编号GPIO14
- RXD（接收）：物理引脚10，对应BCM编号GPIO15
这里有个坑，我必须要说。树莓派3B+和4B上，默认的UART是“迷你UART”（mini UART），它和蓝牙共用。如果你直接用它做串口通信，波特率会漂移。我曾经被这个问题折腾了一下午，数据总是乱码。
/boot/config.txt 中配置 dtoverlay=disable-bt，或者使用PL011 UART。
下面这个表格，把常用的UART引脚映射整理了一下，建议你收藏。
| 功能 | BOARD引脚 | BCM GPIO | 说明 |
|---|---|---|---|
| TXD | 8 | 14 | 数据发送 |
| RXD | 10 | 15 | 数据接收 |
| GND | 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34, 39 | - | 共地必须接 |
| 3.3V | 1, 17 | - | UART电平标准 |
UART与GPIO的复用关系
你可能会问：“GPIO14和GPIO15，我能不能当普通IO用？” 答案是：可以，但默认情况下它们被配置为UART功能。
树莓派的引脚是“多功能复用”的。同一个物理引脚，可以当GPIO用，也可以当UART、I2C、SPI用。具体是什么功能，由引脚复用寄存器决定。
我个人习惯是：如果这个项目要用串口，我就把GPIO14/15专门留给UART，不去动它。省得后面调试的时候，搞不清到底是硬件问题还是配置问题。
/boot/config.txt 中，通过 dtoverlay 可以切换引脚功能。比如 dtoverlay=uart2 可以把GPIO0/1映射为UART。
如何快速验证UART引脚是否可用
理论说完了，咱们来点实际的。怎么确认你的TXD和RXD是好的？
一个最简单的办法：回环测试。把TXD和RXD用杜邦线短接，然后发数据。如果发出去的数据能原样收回来，说明引脚和UART硬件都没问题。
我曾经在一个项目里，怎么调都收不到数据。最后发现是杜邦线虚焊了。你想想看，排查了半天，结果是线的问题，多冤。
所以，我建议你每次接线后，都先做一次回环测试。花不了两分钟，但能省下大把的排查时间。
# 回环测试命令（在树莓派终端执行）
# 先安装工具
sudo apt-get install minicom
# 短接TXD和RXD后，运行
minicom -b 115200 -o -D /dev/ttyAMA0
# 在终端输入任意字符，如果能回显，说明UART通路正常/dev/ttyS0。用 ls -l /dev/serial* 可以查看当前映射关系。
好了，这一章的内容就到这里。引脚编号和UART映射是后面所有实验的基础。你最好拿块板子，对照着上面的图，一个一个引脚认一遍。别偷懒，磨刀不误砍柴工。