Learning Objectives
- 認得常見的樹莓派型號，以及 Raspberry Pi 5 板上的接頭
- 說出各型號建議的電源規格，以及電源不足的後果
- 分辨 40 針接頭的實體編號與 BCM 編號，並在腳位圖上找到指定腳位
- 判斷零件可以接在哪一支腳位：電源、GND、一般 GPIO、I2C、硬體 PWM
接線之前，先看懂板子
上一課知道樹莓派是一台單板電腦。開始接零件之前，要先看懂三件事：手上是哪一個型號、要用什麼電源、 40 支 GPIO 針腳各是什麼。接錯電源或腳位，輕則零件不動作，重則燒壞樹莓派；所以這一課的重點是查腳位圖的習慣。
這一課要回答：
- 樹莓派有哪些型號？板子上的接頭各是做什麼的？
- 為什麼樹莓派 5 要用 5V／5A 的電源？
- 程式裡寫的
LED(17)，到底是板子上的哪一支針？
常見型號與電源
撰寫時常見的型號（同一型號還會依記憶體大小分成好幾種版本）：
| 型號 | 類型 | 官方建議電源 | 說明 |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi 5 | 單板電腦 | 5V／5A，USB-C（27W） | 本軌道的主要對象；BCM2712 晶片 |
| Raspberry Pi 500 | 單板電腦（鍵盤造型） | 5V／5A，USB-C（27W） | 電腦做在鍵盤裡，接上螢幕就能用 |
| Raspberry Pi 4 Model B | 單板電腦 | 5V／3A，USB-C（15W） | 仍很常見，40 針腳位與 Pi 5 相同 |
| Raspberry Pi Zero 2 W | 單板電腦（小型） | 5V／2.5A，Micro USB | 體積小，適合放進作品裡 |
| Raspberry Pi Pico 2 | 微控制器 | USB 供電 | 沒有作業系統（見第 01 課） |
電源規格以官方文件為準。幾個要注意的地方：
- Raspberry Pi 5 建議用 5V／5A 的電源。用 5V／3A 的電源也能開機，但官方文件說明這時 USB 周邊的總電流會被限制在 600 mA。
- 規格指的是插頭端的電壓與電流；太細、太長的線材會有壓降，便宜的手機充電器常常不夠力。
- 電源不足時，系統可能不穩定或自己重新開機；遇到奇怪的當機，先換一顆符合規格的電源。
Raspberry Pi 5 板上有什麼
依官方規格：
| 接頭／元件 | 用途 |
|---|---|
| USB-C | 電源輸入 |
| 2 個 USB 3.0、2 個 USB 2.0 | 鍵盤、滑鼠、隨身碟、USB 攝影機 |
| 2 個 micro HDMI | 接螢幕，最多兩台 |
| 有線乙太網路 | 接網路線 |
| microSD 卡槽 | 作業系統裝在 microSD 卡上（第 03 課） |
| 2 個 MIPI 接頭 | 接相機模組或螢幕（第 13 課） |
| PCIe 接頭 | 透過轉接板接 M.2 SSD 等高速裝置 |
| 電源按鈕、RTC 電池接頭 | 開關機；接電池後斷電也能維持時鐘 |
| 40 針 GPIO 接頭 | 接 LED、按鈕、感測器、馬達：本軌道的主角 |
40 針 GPIO 接頭：兩種編號
40 支針排成兩排，各支的用途是固定的（Raspberry Pi 5、4、Zero 2 W 等有 40 針接頭的型號都相同）：
- 電源：3.3V 兩支、5V 兩支
- GND（接地）八支，全部相通
- GPIO 28 支（GPIO0～GPIO27），其中一些另外具備專用功能：I2C、SPI、UART、硬體 PWM
每一支腳有兩種編號，一定要分清楚：
| 編號方式 | 意思 | 例子 |
|---|---|---|
| 實體編號（BOARD） | 接頭上的位置，1～40；第 1 腳是 3.3V，奇數腳一排、偶數腳一排 | 實體第 11 腳 |
| BCM 編號 | 晶片上的 GPIO 號碼，和位置沒有規律 | GPIO17 |
實體第 11 腳就是 GPIO17。gpiozero 預設用 BCM 編號，LED(17) 指的是 GPIO17，不是第 17 腳（第 17 腳是 3.3V 電源）。
在樹莓派的終端機輸入 pinout（gpiozero 附的工具），會畫出這片板子的腳位圖；接線時把腳位圖放在旁邊對照。
兩條不能違反的規則
- GPIO 是 3.3V 邏輯，不耐 5V。官方文件寫明：把 5V 接到 GPIO 可能永久損壞晶片。只有 5V 電源腳是 5V； 5V 的感測器訊號要先用分壓電路或電位轉換模組降到 3.3V。
- GPIO 能提供的電流很小：單一腳位最多約 16 mA，所有 GPIO 合計約 50 mA。LED 要串限流電阻；馬達、繼電器不能直接接 GPIO，要經過驅動電路（第 11 課）。
有專用功能的腳位
| 功能 | BCM 編號（實體編號） | 會在哪一課用到 |
|---|---|---|
| I2C1（SDA、SCL） | GPIO2（3）、GPIO3（5）；板上已有固定的 1.8kΩ 上拉電阻 | 第 09、10 課 |
| SPI0（MOSI、MISO、SCLK、CE0、CE1） | GPIO10（19）、GPIO9（21）、GPIO11（23）、GPIO8（24）、GPIO7（26） | 第 08 課 |
| UART（TXD、RXD） | GPIO14（8）、GPIO15（10） | 序列通訊 |
| 硬體 PWM | GPIO12、18（PWM0），GPIO13、19（PWM1） | 第 07、11 課 |
| ID EEPROM | GPIO0（27）、GPIO1（28）：保留給 HAT 擴充板 | 一般不使用 |
一般的 LED、按鈕可以接任何一支 GPIO；但先避開有專用功能的腳位，之後加入 I2C、SPI 零件時才不會衝突。
逐步看：同一支腳位的三種寫法
gpiozero 接受好幾種腳位寫法：數字（BCM 編號）、"GPIO27" 字串、"BOARD15"（實體編號）。
三顆 LED 分別接 GPIO17、GPIO27、GPIO22，看每一種寫法點亮的是哪一顆。
小測驗：腳位編號與電壓
程式寫 LED(17)，LED 應該接在 40 針接頭的哪一支？
一個超音波感測器用 5V 供電，回傳訊號（ECHO）是 5V。直接把 ECHO 接到 GPIO24 會怎樣？
伺服馬達需要穩定的 PWM 訊號，下面哪一支腳有硬體 PWM？
小測驗：電源與電流
Raspberry Pi 5 官方建議的電源規格是？
想用 GPIO 直接驅動一顆需要 200 mA 的小馬達，可以嗎？
重點整理
- 常見型號：Raspberry Pi 5、500、4、Zero 2 W（單板電腦）；Pico 是微控制器。有 40 針接頭的型號腳位排列相同。
- 電源依型號選：Raspberry Pi 5 建議 5V／5A USB-C，Raspberry Pi 4 為 5V／3A；電源不足會造成不穩定。
- 每支腳有實體編號（1～40）與 BCM 編號（GPIO17）；gpiozero 預設用 BCM，也可以寫
"BOARD11"。 - GPIO 是 3.3V 邏輯、不耐 5V；單腳約 16 mA、合計約 50 mA。I2C、SPI、UART、硬體 PWM 有固定的腳位。
- 接線前查腳位圖（
pinout指令或官方文件），程式寫的編號要和實際接線一致。
下一課把 Raspberry Pi OS 安裝到 microSD 卡，第一次開機並從筆電遠端連線。