Alles over Raspberry pi GPIO Pinnen

De Raspberry Pi is al jarenlang een populair platform onder hobbyisten en professionals. Voor zowel het bouwen van slimme projecten en makkelijke hobby projecten. Of je nu een weerstation maakt, een robot bestuurt of je huis automatiseert, één van de krachtigste functies van de Raspberry Pi is de GPIO-header. Via deze aansluitingen kun je de ‘Pi’ direct laten communiceren met de buitenwereld. Je kan alles aansluiten van sensoren en motoren tot andere elektronica.

Maar met verschillende Raspberry Pi-modellen is het soms lastig om te zien welke pin waarvoor dient. Wat is bijvoorbeeld het verschil tussen een input- en outputpin? En wat betekenen termen als I2C, SPI en UART precies? In dit artikel nemen we je stap voor stap mee in de wereld van GPIO: van de basisprincipes tot de verschillen in pinout per Raspberry Pi-model.

Wat zijn GPIO Pinnen

GPIO staat voor General Purpose Input/Output. Het zijn programmeerbare pinnen op de Raspberry Pi waarmee je signalen kunt versturen (output) of ontvangen (input). Denk aan het aansturen van een LED-lampje of het uitlezen van een drukknop — dat alles regel je via de GPIO-pinnen.

De GPIO-pinnen zijn te vinden op de zogeheten header van de Raspberry Pi, meestal een rij van 40 pinnen (bij oudere modellen 26). Deze header bevat naast GPIO-pinnen ook speciale aansluitingen. Bijvoorbeeld: voeding (3.3V, 5V en GND) en communicatieprotocollen (I2C, SPI en UART).

Omdat deze pinnen meerdere functies kunnen hebben (en niet elke pin op elk model hetzelfde doet), is het belangrijk om goed te weten wat elke pin precies doet op jouw Raspberry Pi. In de volgende secties leggen we de layout van de pinout per model uit, zodat je altijd veilig en efficiënt aan de slag kunt.

GPIO Pinout – per Raspberry Pi model

Op het eerste gezicht lijken Raspberry Pi-modellen sterk op elkaar. Toch zijn er verschillen in hun GPIO-pinnen. Oudere modellen hebben 26 pinnen, terwijl nieuwere modellen er 40 hebben. Ook de functies van de pinnen zijn niet altijd hetzelfde. Soms krijgen bestaande pinnen extra functies.

Voor een veilige en correcte aansluiting moet je goed weten welke pin welke functie heeft. Sommige pinnen leveren stroom (3.3V of 5V). Andere pinnen zijn bedoeld voor input of output. Er zijn ook pinnen die protocollen ondersteunen, zoals I2C, SPI, UART en PWM.

In de volgende paragrafen leggen we per model uit hoe de GPIO-header is opgebouwd. Je leert welke pinnen je waarvoor gebruikt. We geven ook aan welke pinnen je beter kunt vermijden als je risico’s wilt beperken.

Met deze kennis voorkom je kortsluiting en andere fouten. Je sluit componenten correct aan en haalt het maximale uit je Raspberry Pi-project.

Kortom: check altijd de juiste pinout voor jouw model. Zo werk je slim, veilig en efficiënt.

Raspberry Pi 5

De Raspberry Pi 5 gebruikt, net als eerdere modellen sinds de Pi B+ en Pi 2, een 40-pins GPIO-header. Daardoor blijven veel HATs en uitbreidingsmodules compatibel. Toch brengt de Pi 5 enkele technische verbeteringen met zich mee.

De header heeft een standaardindeling van 2x20 pinnen: twee rijen van twintig. De pinout is grotendeels gelijk aan die van de Raspberry Pi 4. Onder de motorkap zijn er echter duidelijke updates.

Zo zorgt een nieuwe I/O-controller voor snellere GPIO-interfaces. De architectuur van de Pi 5 is herzien, wat de ondersteuning voor UART, SPI en I2C verbetert. Daarnaast kun je via software per pin extra functies instellen. Dit gebeurt via zogeheten alternate functies (ALT-modes).

De eerste twee pinnen linksboven leveren 3.3V en 5V stroom. Daarna volgt een mix van GPIO’s, ground-pinnen en communicatiepinnen. Denk aan SDA/SCL (I2C), TX/RX (UART), en MOSI/MISO/SCLK/CE (SPI).

Let op: de fysieke indeling is onveranderd ten opzichte van eerdere 40-pins modellen. Maar de functies van sommige pinnen kunnen afwijken. Controleer dus altijd de officiële pinout van de Raspberry Pi 5. Je kunt ook gebruikmaken van tools zoals pinout.xyz of het commando gpio readall in de Raspberry Pi OS-terminal.

In de rest van dit artikel duiken we dieper in de functies van elke pin. Ook laten we zien hoe je ze gebruikt en waar je op moet letten bij het aansluiten van externe componenten.

Raspberry Pi 2, 3 en 4 (40 pinnen)

De Raspberry Pi 2, 3 en 4 gebruiken allemaal een 40-pins GPIO-header. Deze delen dezelfde fysieke pinout. Daardoor kun je HATs en uitbreidingsborden zonder aanpassingen op elk model gebruiken. De onderliggende hardware verschilt wel, maar de GPIO-layout blijft vrijwel gelijk.

De 40 pinnen zijn verdeeld over twee rijen van 20. Ze bieden toegang tot:

• Voedingspinnen: 5V op pin 2 en 4, 3.3V op pin 1 en 17, en meerdere GND-pinnen.
• Standaard GPIO’s: Vrij programmeerbaar, inzetbaar als input of output.
• Communicatieprotocollen:
  
  • I2C: pin 3 (SDA) en pin 5 (SCL)
  • SPI: pin 19, 21, 23, 24 en 26
  • UART: pin 8 (TXD) en pin 10 (RXD)
    
     

Sommige pinnen ondersteunen alternate functies. Denk aan PWM voor motoren of GCLK voor kloksignalen. Deze functies stel je in via software.

Een kleurgecodeerde GPIO-kaart is handig. Die toont per pin de functie en het bijbehorende BCM-nummer. De meeste programmeertalen, zoals Python met RPi.GPIO of gpiozero, gebruiken deze BCM-nummering.

Tip: Gebruik je meerdere communicatieprotocollen tegelijk? Plan dan goed welke pinnen je inzet. Zo voorkom je conflicten tussen functies.

Doordat de pinout gestandaardiseerd is, kun je eenvoudig wisselen tussen een Pi 2, 3 of 4. Je hoeft je hardwareopstelling niet te wijzigen. Alleen bij specifieke toepassingen, zoals SPI- of UART-prestaties, loont het om naar de hardwareverschillen te kijken.

Raspberry Pi Zero & Zero 2 W

De Raspberry Pi Zero en Zero 2 W zijn klein, zuinig en veelzijdig. Ze hebben een volledige 40-pins GPIO-header. Daardoor kun je dezelfde accessoires, HATs en uitbreidingsborden gebruiken als bij grotere modellen zoals de Pi 3 en Pi 4.

De indeling van de pinout is identiek aan die van de Pi 2, 3 en 4. Je hebt dus toegang tot standaard GPIO-pinnen, voedingsbronnen en communicatieprotocollen zoals I2C, SPI en UART. Ook PWM en kloksignalen zijn beschikbaar. Daarmee stuur je onder andere motoren of leds aan.

Er zijn wel enkele aandachtspunten. Veel Zero-modellen worden geleverd zonder gesoldeerde GPIO-header. Je moet de pinnen dus vaak zelf vastsolderen om onderdelen aan te sluiten.

Daarnaast zijn de Pi Zero en Zero 2 W minder krachtig dan hun grotere broers. Ze hebben minder RAM en rekenkracht. Dat kan een rol spelen bij projecten die veel tegelijk doen, zoals meerdere sensoren via I2C of SPI aansturen.

Toch bieden deze kleine Pi’s verrassend veel. Ze zijn ideaal voor projecten die weinig ruimte vragen of lang op een batterij moeten draaien. Als je hun beperkingen kent en ermee rekent, kun je er veel mee bereiken. Hun eenvoud en efficiëntie maken ze perfect voor slimme en lichte toepassingen.

Raspberry Pi 1 Model A (26 pinnen)

De allereerste Raspberry Pi, het Model A Rev 1.0, markeert het begin van het Raspberry Pi-tijdperk. Dit compacte model heeft een 26-pins GPIO-header. Hoewel je hier al veel mee kunt, wijkt de indeling en nummering af van de latere 40-pins versies. Daardoor is het cruciaal om precies te weten welke pin waarvoor dient. De voedingspinnen bieden 3.3V op pin 1, 5V op pin 2 en 4, en aarde via pin 6, 9, 14, 20 en 25. Deze leveren stroom of massa aan aangesloten componenten.

De GPIO-pinnen gebruiken een oudere nummering dan nieuwere modellen. GPIO0 op pin 3 fungeert ook als SDA voor I2C. GPIO1 op pin 5 dient tevens als SCL. Andere belangrijke pinnen zijn GPIO4 op pin 7 en GPIO14 en GPIO15 op pin 8 en 10. Die laatste twee worden gebruikt voor UART-communicatie, respectievelijk voor verzenden en ontvangen. Ook zijn GPIO17 tot en met GPIO25 verspreid over de pinnen 11 tot en met 22 en pin 24 te vinden. Voor SPI-communicatie zijn GPIO10, GPIO9, GPIO11, GPIO8 en GPIO7 belangrijk, elk gekoppeld aan een specifieke pin van 19 tot en met 26.

Let erop dat deze versie andere GPIO-nummers gebruikt dan latere modellen. Bij het schrijven of overzetten van code is het essentieel om hiermee rekening te houden. Sommige pinnen kunnen extra functies ondersteunen, zoals PWM of clocksignalen. Dat hangt af van de gebruikte software en het specifieke model. Omdat dit model inmiddels verouderd is, kan de documentatie beperkt zijn. Niet alle moderne tools zijn volledig compatibel. Wie werkt met deze originele Raspberry Pi doet er goed aan altijd een actueel pinout-diagram bij de hand te houden en zorgvuldig te werk te gaan bij het aansluiten van onderdelen.

Uitleg speciale aansluitingen

De GPIO-header van de Raspberry Pi doet meer dan alleen digitale signalen lezen of schrijven. Sommige pinnen zijn bedoeld voor geavanceerde communicatie. Daarmee stuur je apparaten aan zoals sensoren, motorcontrollers en schermen. Deze pinnen gebruiken protocollen zoals I2C, SPI en UART. Elk protocol heeft zijn eigen voordelen en toepassingen. Zo kun je data snel uitwisselen of meerdere apparaten tegelijk verbinden.

Naast communicatie vind je ook pinnen voor stroomvoorziening. Sommige leveren 3.3V of 5V, andere dienen als aarde. Hiermee geef je aangesloten onderdelen stroom of sluit je ze correct aan. Een aantal pinnen ondersteunt PWM, een techniek waarmee je analoog gedrag nadoet. Denk aan het dimmen van een LED of het aansturen van een servo.

In de volgende hoofdstukken lees je hoe deze aansluitingen werken. Ook leer je hoe je ze inzet in je projecten. Zo haal je het meeste uit de GPIO-header en werk je veilig met externe hardware.

Input/Output

De meest basale, maar ook de meest gebruikte functie van GPIO-pinnen is die van digitale input of output. In deze modus kunnen pinnen geprogrammeerd worden om signalen te lezen (input) of schrijven (output).

• Input: In deze stand ‘luistert’ een GPIO-pin naar een elektrisch signaal. Je kunt hiermee bijvoorbeeld een knop uitlezen. Wanneer de knop wordt ingedrukt en spanning doorlaat, verandert het signaal op de pin van laag (0) naar hoog (1), of omgekeerd.
• Output: In deze stand ‘stuurt’ de GPIO-pin een signaal naar een component. Denk bijvoorbeeld aan het aansturen van een LED, een relais of een buzzer. De pin zet dan het signaal op hoog (3.3V) of laag (0V) om iets in werking te zetten.
  
   

De GPIO-pinnen van de Raspberry Pi werken op 3.3 volt logica, wat betekent dat een hoge uitgangsspanning 3.3V is. Let op: het direct aansluiten van 5V-signalen op een GPIO-pin kan de Pi permanent beschadigen. Gebruik in dat geval een spanningsdeler of logic level shifter.

Voedingspinnen (3.3V, 5V, GND)

Naast de programmeerbare GPIO’s bevat de header van de Raspberry Pi ook een aantal vaste voedingspinnen. Deze zijn bedoeld om externe componenten zoals sensoren, modules of microcontrollers van stroom te voorzien.

• 3.3V-pinnen
  • Pinnen: 1 en 17
  • Deze pinnen leveren een constante 3.3V spanning direct vanaf de spanningsregelaar van de Pi. Ze zijn geschikt voor het voeden van kleinere 3.3V-componenten.
• 5V-pinnen
  • Pinnen: 2 en 4
  • Deze zijn direct verbonden met de 5V-voeding van de Pi (via USB of GPIO power input) en kunnen worden gebruikt om krachtigere modules aan te sturen die 5V nodig hebben.
• GND (Ground)
  • Meerdere pinnen, waaronder 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34 en 39
  • Ground vormt het referentiepunt voor de spanning en is essentieel bij elk elektrisch circuit. Alle aangesloten componenten moeten met minstens één GND-pin verbonden zijn om correct te functioneren.

Het correct gebruiken van de voedingspinnen is cruciaal voor de stabiliteit van je project. Overbelasting van de 3.3V-regelaar of kortsluiting op de 5V-lijn kan leiden tot schade aan de Raspberry Pi.

I2C (SDA/SCL)

I2C (Inter-Integrated Circuit) is een seriële standaard voor communicatie. Het maakt verbinding mogelijk tussen meerdere apparaten via slechts twee datalijnen met de Raspberry Pi. I2C is ideaal voor sensoren, displays en chips met lage bandbreedte.

De twee lijnen zijn:

• SDA (Data) – Pin 3 (GPIO2)
• SCL (Clock) – Pin 5 (GPIO3)
  
   

Deze lijnen vormen samen een bus. Zowel de Raspberry Pi als andere apparaten worden op deze bus aangesloten. Elk apparaat krijgt een uniek adres. Daardoor kunnen meerdere componenten tegelijk op dezelfde twee pinnen werken.

Om I2C te gebruiken, moet je het inschakelen via raspi-config of config.txt. Pull-up weerstanden zijn nodig — meestal aanwezig op modules. Zo niet, gebruik dan bijvoorbeeld 4.7kΩ naar 3.3V.

Typische toepassingen zijn:

• Temperatuursensoren (zoals BMP280)
• OLED-schermen
• RTC-klokken
• GPIO-expanders (zoals MCP23017)

SPI (MOSI/MISO/CLK/CE)

SPI (Serial Peripheral Interface) is een snellere communicatiebus dan I2C en wordt vaak gebruikt wanneer snelheid of betrouwbaarheid belangrijk is. In tegenstelling tot I2C heeft SPI meer datalijnen nodig.

De standaard SPI-bus op de Raspberry Pi bestaat uit de volgende pinnen:

• MOSI (Master Out Slave In) – Pin 19 (GPIO10)
• MISO (Master In Slave Out) – Pin 21 (GPIO9)
• SCLK (Clock) – Pin 23 (GPIO11)
• CE0 (Chip Enable 0) – Pin 24 (GPIO8)
• CE1 (Chip Enable 1) – Pin 26 (GPIO7)
  
   

De Pi fungeert als master en stuurt data via MOSI naar het aangesloten slave-apparaat. Dat apparaat stuurt eventueel data terug via MISO. CE0 en CE1 worden gebruikt om aan te geven met welk apparaat de Pi op dat moment communiceert (je kunt dus meerdere SPI-apparaten aansluiten zolang elk zijn eigen CE-pin gebruikt).

SPI is bij uitstek geschikt voor toepassingen zoals:

• Snelle ADC/DAC modules
• TFT- en OLED-schermen
• SD-kaarten
• RFID-lezers
  
   

Net als bij I2C moet SPI eerst worden ingeschakeld in het besturingssysteem via raspi-config. Ook is het belangrijk om rekening te houden met 3.3V-logica op de Pi wanneer je apparaten koppelt die op 5V werken.

UART (TX/RX)

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) is een simpele manier om gegevens tussen twee apparaten te verzenden. Denk aan communicatie tussen een Raspberry Pi en een microcontroller, GPS-module of sensor.

De Raspberry Pi heeft standaard UART op deze pinnen:

• TXD (zenden): Pin 8 (GPIO14)
• RXD (ontvangen): Pin 10 (GPIO15)
  
   

Met UART gebruik je slechts twee lijnen voor het verzenden en ontvangen van data. Omdat het protocol asynchroon is, moeten beide apparaten dezelfde baudrate instellen. Veelvoorkomende waardes zijn 9600 of 115200 bits per seconde.

Typische toepassingen:

• Seriële communicatie met Arduino of ESP32
• Debuggen via een seriële terminal
• Verbinden met GPS- of GSM-modules
  
   

Standaard gebruikt de Raspberry Pi UART voor de consolesignalen. Wil je UART gebruiken voor eigen projecten, dan moet je deze functie uitschakelen via raspi-config of config.txt.

Let goed op het spanningsniveau. De Pi werkt met 3.3V-logica. Sluit je een apparaat aan dat 5V gebruikt, dan kan dat schade veroorzaken.

PWM (pulsbreedte modulatie)

PWM (Pulse Width Modulation) is een methode waarmee je een digitaal signaal zó kunt moduleren dat het zich gedraagt als een analoog signaal. De Raspberry Pi heeft geen ingebouwde analoge uitgangen, maar met PWM kun je toch dingen doen als:

• Een LED traploos dimmen
• De snelheid van een motor regelen
• De positie van een servo aansturen
  
   

Op de GPIO-header zijn standaard twee pinnen beschikbaar voor hardwarematige PWM:

• GPIO12 (PWM0) – Pin 32
• GPIO13 (PWM1) – Pin 33
  (Alternatief kunnen ook GPIO18 en GPIO19 worden gebruikt, afhankelijk van de configuratie)
   

PWM werkt door een digitale puls aan en uit te schakelen met een bepaalde frequentie. Hoe langer het signaal “hoog” is in verhouding tot de tijd dat het “laag” is, hoe hoger het gemiddelde vermogen dat wordt geleverd. Dit noemen we de duty cycle.

Voor eenvoudige toepassingen (zoals het dimmen van een LED) kun je ook softwarematige PWM gebruiken via libraries zoals RPi.GPIO of gpiozero. Voor preciezere timing, zoals bij servomotoren, is hardwarematige PWM aan te raden.

Conclusie

De GPIO-header is het kloppend hart van je Raspberry Pi-projecten. Beginneling of gevorderde? Kennis van de pinout is cruciaal. Zo haal je het meeste uit je Pi.

In dit artikel bespreken we de basis van GPIO. We lichten de verschillen tussen pinouts van diverse modellen toe. Ook behandelen we speciale aansluitingen zoals I2C, SPI, UART en PWM. Deze maken de Raspberry Pi tot een veelzijdige controller.

Wil je een LED aansturen of een sensor uitlezen? Of een apparaat koppelen via seriële communicatie? Met een goed begrip van de GPIO-pinnen werk je veilig en efficiënt.

Gebruik altijd een actueel pinout-diagram. Controleer of je componenten geschikt zijn voor 3.3V-logica. Zo voorkom je schade aan je Pi.

Met de juiste kennis bouw je stabiele en slimme oplossingen. En dat geeft langdurig plezier en succes in je projecten.