Arduino技术指南 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容介绍
本书主要讲解了ArduiD开发板的物理特性与接口功能，ArduiD使用的各种AVR微控制器，ArduiD特有的编程环境，各种扩展板，可与ArduiD一起工作的传感器、继电器模块、小键盘以及其他附加组件，从零开始创建自定义扩展板的步骤，介绍各种分析设计问题、定义实体与可测试需求的方法，确保开发成功。

关联推荐
作为成功的开源硬件平台，ArduiD不但让普通人实现了工程师梦想，也被广泛应用在机器人、环境监测传感器、卫星等大大小小的正式项目中。 本书针对想了解ArduiD细节、追求个性和新鲜事物的爱好者，详尽介绍了使用ArduiD开发板与扩展板的过程中应该了解的技术细节、注意事项，并传达了一些FC重要的设计思想，旨在帮助读者实现创客梦想。 - ArduiD开发板的物理特性与接口功能 - ArduiD使用的各种AVR微控制器 - ArduiD特有的编程环境，包括“程序” - 各种扩展板，如闪存、以太网、蓝牙、ZigBee - 可与ArduiD一起工作的传感器、继电器模块、小键盘等附加组件 - 从零开始创建自定义扩展板 - 介绍如何分析各种设计问题、定义实体与可测试需求，确保开发成功 
目录
目录 前言 D 1 章　ArduiD 家族 1 1.1　ArduiD 简史.1 1.2　ArduiD 设备类型.2 1.3　ArduiD 实物展示.3 1.4　ArduiD 兼容设备.6 目录

前言

D 1 章　ArduiD 家族 1

1.1　ArduiD 简史.1

1.2　ArduiD 设备类型.2

1.3　ArduiD 实物展示.3

1.4　ArduiD 兼容设备.6

1.4.1　硬件兼容设备 6

1.4.2　软件兼容设备 7

1.5　ArduiD 命名约定.8

1.6　使用ArduiD 可以实现的目的9

1.7　更多信息 .11

D 2 章　AVR 微控制器 .12

2.1　背景.12

2.2　内部架构 .13

2.3　内部存储器 .16

2.4　外围功能 .16

2.4.1　控制寄存器 16

2.4.2　数字I/O 端口 .17

2.4.3　8 位定时器/ 计数器 18

2.4.4　16 位定时器/ 计数器 19

2.4.5　定时器/ 计数器预分频器 .19

2.5　模拟比较器 .19

2.6　模数转换器 .20

2.7　串行I/O.21

2.7.1　USART 22

2.7.2　SPI .22

2.7.3　TWI .23

2.8　中断 24

2.9　看门狗定时器 .26

2.10　电气特性 .26

2.11　更多信息 .27

D3 章　ArduiD 专用AVR 微控制器 .28

3.1　ATmega168/328 29

3.1.1　内存 29

3.1.2　特性 29

3.1.3　封装 30

3.1.4　端口 31

3.1.5　引脚电路 31

3.1.6　模拟比较器输入 31

3.1.7　模拟输入 32

3.1.8　串行接口 32

3.1.9　定时器/ 时钟I/O .33

3.1.10　外部中断 33

3.1.11　ArduiD 引脚分配 34

3.1.12　基本电气特性 35

3.2　ATmega1280/ATmega2560 35

3.2.1　内存 35

3.2.2　特性 37

3.2.3　封装 37

3.2.4　端口 37

3.2.5　引脚功能 38

3.2.6　模拟比较器输入 38

3.2.7　模拟输入 39

3.2.8　串行接口 39

3.2.9　定时器/ 时钟I/O .40

3.2.10　外部中断 41

3.2.11　ArduiD 引脚分配 41

3.2.12　电气特性 44

3.3　ATmega32U4 44

3.3.1　内存 44

3.3.2　特性 45

3.3.3　封装 46

3.3.4　端口 46

3.3.5　引脚功能 47

3.3.6　模拟比较器输入 47

3.3.7　模拟输入 47

3.3.8　串行接口 48

3.3.9　定时器/ 时钟I/O .49

3.3.10　外部中断 50

3.3.11　USB2.0 接口 .51

3.3.12　电气特性 52

3.3.13　ArduiD 引脚分配 52

3.4　熔丝位 .53

3.5　更多信息 .55

D4 章　ArduiD 技术细节 .56

4.1　ArduiD 特性与功能.56

4.2　ArduiD USB 接口 57

4.3　ArduiD 物理大小.59

4.3.1　全尺寸基本ArduiD PCB 类型.60

4.3.2　Mega 类型的ArduiD PCB .61

4.3.3　小型ArduiD PCB62

4.3.4　特殊用途PCB 类型 .65

4.4　ArduiD 引脚布局.66

4.4.1　ArduiD 基线引脚布局 66

4.4.2　扩展基线引脚布局 67

4.4.3　Mega 引脚布局 72

4.4.4　非标准布局 74

4.5 　更多信息 78

D5 章　对ArduiD 与AVR 微控制器编程 .79

5.1　微控制器交叉编译 .80

5.2　BootLoader 81

5.3　ArduiD IDE 环境 .83

5.3.1　安装ArduiD IDE 84

5.3.2　配置ArduiD IDE 85

5.4　使用ArduiD IDE 进行交叉编译 86

5.4.1　ArduiD 可执行映像 89

5.4.2　ArduiD 软件创建过程 89

5.4.3　程序标签卡 90

5.4.4　ArduiD 软件架构 91

5.4.5　运行时支持：main() 函数 92

5.4.6　程序示例 94

5.4.7　常量 97

5.4.8　全局变量 97

5.5　库 .98

5.5.1　在ArduiD 程序中使用库 .98

5.5.2　将库添加到ArduiD IDE 101

5.5.3　创建自定义库 103

5.6　ArduiD 源代码.103

D6 章　不使用ArduiD IDE 编程 .105

6.1　IDE 替换方案 .105

6.1.1　PlatformIO 105

6.1.2　ID .107

6.2　AVR 工具链 .108

6.2.1　安装工具链 111

6.2.2　make 112

6.2.3　avr-gcc.113

6.2.4　binutils 113

6.2.5　avr-libc 116

6.3　从零开始构建C 或C 程序 .118

6.3.1　使用avr-gcc 或avr-g 进行编译 118

6.3.2　多个源文件与make 程序 118

6.4　AVR 汇编语言 .120

6.4.1　AVR 编程模型 .121

6.4.2　创建AVR 汇编语言程序 123

6.4.3　AVR 汇编语言资源 .125

6.5　上传AVR 可执行代码 126

6.5.1　系统内编程 126

6.5.2　使用Bootloader 编程 .127

6.5.3　不使用Bootloader 上传 .127

6.5.4　JTAG .129

6.5.5　AVRDUDE .129

6.5.6　将ArduiD 用作ISP 131

6.5.7　Bootloader 运作 131

6.5.8　更换Bootloader 133

6.6　小结 .133

D7 章　ArduiD 库 .134

7.1　库组件 .134

7.1.1　EEPROM 136

7.1.2　Ethernet .138

7.1.3　Firmata 144

7.1.4　GSM 148

7.1.5　LiquidCrystal 157

7.1.6　SD .160

7.1.7　Servo .163

7.1.8　SPI .164

7.1.9　SoftwareSerial .165

7.1.10　Stepper 167

7.1.11　TFT .167

7.1.12　Wi-Fi .170

7.1.13　Wi-Fi 类 172

7.1.14　IPAddress 类 172

7.1.15　Server 类 172

7.1.16　Client 类 173

7.1.17　UDP 类 173

7.1.18　Wire .174

7.1.19　Esplora .176

7.2　D三方库 .179

D8 章　扩展板 182

8.1　扩展板的电气特性 .183

8.2　扩展板的物理特性 .184

8.3　堆叠扩展板 .186

8.4　常用ArduiD 扩展板186

8.4.1　输入/ 输出 .187

8.4.2　I/O 扩展板 187

8.4.3　I/O 拓展板 191

8.4.4　继电器扩展板 194

8.4.5　信号路由扩展板 196

8.4.6　存储器 199

8.4.7　通信 201

8.4.8　串行I/O 与MIDI .201

8.4.9　Ethernet .202

8.4.10　蓝牙 204

8.4.11　USB .205

8.4.12　ZigBee .207

8.4.13　CAN 208

8.4.14　原型 211

8.4.15　制作自定义原型扩展板 213

8.4.16　运动控制 214

8.4.17　DC 与步进电机控制 214

8.4.18　PWM 与舵机控制 216

8.4.19　显示器 217

8.4.20　仪表扩展板 223

8.4.21　适配器扩展板 225

8.4.22　混杂扩展板 226

8.5　FC见ArduiD 扩展板230

8.6　资源 231

D9 章　模块与I/O 组件 .233

9.1　模块234

9.1.1　物理外形 235

9.1.2　接口 235

9.1.3　模块来源 238

9.1.4　模块说明 238

9.2　Grove 模块 260

9.3　传感器与模块介绍 .261

9.4　传感器 .262

9.4.1　温度、湿度、压力传感器 263

9.4.2　倾斜传感器 267

9.4.3　声音传感器 268

9.4.4　光线传感器 269

9.4.5　磁场传感器 272

9.4.6　振动与敲击传感器 273

9.4.7　运动传感器 274

9.4.8　接触与位置传感器 275

9.4.9　距离传感器 278

9.5　通信 279

9.5.1　APC220 无线模块 279

9.5.2　315/433 MHz RF 模块 .280

9.5.3　ESP8266 收发器.280

9.6　输出设备与元件 .281

9.6.1　光源 281

9.6.2　继电器、电机与舵机 285

9.6.3　模拟信号输出 287

9.7　用户输入 .288

9.7.1　键盘 288

9.7.2　摇杆 289

9.7.3　电位器与旋转编码器 289

9.8　用户输出 .289

9.8.1　文本显示器 290

9.8.2　图形显示器 291

9.9　支持功能 .291

9.9.1　时钟 292

9.9.2　定时器 293

9.10　连接 294

9.10.1　使用裸露跳线 294

9.10.2　模块连接系统 294

9.10.3　自己动手制作连接器 295

9.10.4　选择连接方法 297

9.11　供应商资源 .297

9.12　小结 .297

D 10 章　自己动手制作元件 .299

10.1　准备工作 .301

10.2　制作扩展板 .305

10.2.1　物理考虑 .306

10.2.2　堆叠扩展板 .307

10.2.3　电气考虑 .308

10.3　制作GreenShield 扩展板 .309

10.3.1　目标 .309

10.3.2　定义与规划 .309

10.3.3　设计 .310

10.3.4　制作原型 .316

10.3.5　**终软件 .322

10.3.6　装配 .328

10.3.7　**终验收测试 .332

10.3.8　运行 .333

10.3.9　后续步骤 .334

10.4　制作与ArduiD 兼容的PCB .334

10.5　Switchinator 335

10.5.1　定义与规划 .335

10.5.2　设计 .336

10.5.3　原型 .347

10.5.4　软件 .350

10.5.5　制造 .353

10.5.6　验收检测 .356

10.5.7　后续步骤 .356

10.6　资源 .356

D 11 章　项目：可编程信号发生器 358

11.1　项目目标 .360

11.2　定义与规划 .360

11.3　设计 362

11.3.1　功能 .362

11.3.2　外壳 .363

11.3.3　电路图 .364

11.4　搭建原型 .366

11.4.1　控制输入与模式 .367

11.4.2　显示输出 .368

11.4.3　DDS 模块 369

11.5　软件 .370

11.5.1　源代码组织 .371

11.5.2　软件描述 .372

11.5.3　DDS 库 378

11.5.4　测试 .379

11.6　**终组装 .382

11.6.1　上拉电阻阵列 .382

11.6.2　输入保护 .383

11.6.3　机箱外壳 .384

11.6.4　DC 电源.386

11.7　**终测试与结束 .386

11.8　削减开支 .387

11.9　成本明细 .388

11.10　资源 .389

D 12 章　项目：智能调温器 .390

12.1　背景 390

12.1.1　HVAC 概述 .391

12.1.2　温度控制基础 .392

12.1.3　智能温度控制 .394

12.2　项目目标 .395

12.3　定义与规划 .395

12.4　设计 .396

12.4.1　功能 .396

12.4.2　外壳 .397

12.4.3　电路图 .399

12.4.4　软件 .399

12.4.5　用户输入/ 输出 402

12.4.6　控制输出 .406

12.5　原型 406

12.5.1　DHT22 传感器 407

12.5.2　旋转编码器 .408

12.5.3　实时时钟模块 .409

12.5.4　LCD 扩展板 410

12.6　软件 .410

12.6.1　源代码组织 .410

12.6.2　软件描述 .410

12.6.3　测试 .413

12.7　**终版本 .413

12.7.1　组装 .414

12.7.2　测试与运行 .416

12.8　成本明细 .417

12.9　后续步骤 .417

12.10　资源 .418

D 13 章　模型火箭发射器：设计研究 419

13.1　概览 419

13.2　设计周期 .420

13.3　目标 421

13.4　选择与定义功能需求 .423

13.5　进行初步设计 .426

13.5.1　设计可行性 .429

13.5.2　初始元件列表 .432

13.6　原型 432

13.7　**终设计 .433

13.7.1　电气特征 .433

13.7.2　物理外形 .438

13.7.3　软件 .440

13.7.4　测试与运行 .442

13.8　成本分析 .443

附录A　工具与配件 444

附录B　AVR ATmega 控制寄存器 455

附录C　ArduiD 与兼容产品厂商 477

附录D　推荐阅读 482

附录E　ArduiD 与AVR 软件开发工具 .484

关于作者.487

关于封面 487 显示全部信息

《Arduino技术指南》 一、 概览 《Arduino技术指南》是一本全面深入的 Arduino 开发实践手册，旨在为读者提供一套系统、实用、易懂的学习路径，从而掌握 Arduino 微控制器平台的硬件设计、软件编程及项目开发能力。本书内容涵盖了 Arduino 的基础概念、核心组件、编程语言、传感器与执行器接口，以及一系列实际应用案例，适合初学者入门，也为有一定基础的开发者提供了进阶指导。本书注重理论与实践的结合，通过大量的代码示例、电路图示和项目实操，帮助读者在动手实践中巩固知识，激发创新灵感。 二、 核心内容详述 第一部分：Arduino 基础与入门 第一章：认识 Arduino Arduino 简介：Arduino 的起源、发展历程、设计理念及其在创客文化中的地位。 Arduino 的优势与特点：开源硬件、易学性、丰富的社区资源、跨平台兼容性等。 Arduino 产品线介绍：Arduino Uno、Nano、Mega、Due 等主流开发板的型号、特性与适用场景。 搭建 Arduino 开发环境：软件下载与安装（Arduino IDE）、驱动安装、首次连接与验证。 第一个 Arduino 程序：点亮 LED（Blink 示例）的详细解析，包括硬件连接、代码逻辑、上传与烧录过程。 第二章：Arduino 硬件基础 Arduino 开发板的结构与组成：微控制器（AVR/ARM）、供电电路、输入/输出（I/O）引脚、通信接口（USB、UART、SPI、I2C）等。 数字 I/O 引脚：理解 HIGH/LOW 状态、输入与输出模式（`pinMode()`）、数字读写（`digitalRead()`、`digitalWrite()`）。 模拟 I/O 引脚：理解模拟信号的采样与量化、模数转换（ADC）、模拟读写（`analogRead()`、`analogWrite()`）。 电源管理：USB 供电、外接电源、VIN 引脚、5V/3.3V 输出，以及关于电源稳定性的建议。 开发板的尺寸、封装与扩展性：如 Shield（扩展板）的概念与应用。 第三章：Arduino 编程入门 Arduino IDE 详解：编辑区、串口监视器、代码自动补全、库管理器、草图（Sketch）结构。 Arduino 编程语言基础：基于 C/C++ 的简化语法，数据类型（`int`, `float`, `char`, `boolean` 等）、变量与常量。 基本控制结构：顺序结构、选择结构（`if`, `else if`, `else`, `switch`）、循环结构（`for`, `while`, `do-while`）。 函数：函数的定义、调用、参数传递、返回值，以及 Arduino 内置函数（`setup()`, `loop()`）的作用。 运算符：算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符、赋值运算符。 指针与内存：基础概念（如 `&`, ``），简述其在 Arduino 中的应用场景（如数组、字符串）。 中断：理解中断的概念、类型（外部中断、定时器中断），以及 `attachInterrupt()` 函数的使用。 串口通信：`Serial.begin()`, `Serial.print()`, `Serial.println()`, `Serial.read()`，用于调试与数据传输。 第二部分：传感器与执行器接口 第四章：数字传感器与执行器 数字输入：按键、开关、按钮模块的工作原理与接口实现，如何读取按键状态（防抖处理）。 数字输出：LED、蜂鸣器、继电器模块的控制，理解 HIGH/LOW 信号的意义。 传感器示例：红外传感器（人体感应）、碰撞传感器、倾斜开关等。 执行器示例：步进电机驱动（基础）、直流电机驱动（H 桥）。 第五章：模拟传感器接口 模拟输入：电位器、光敏电阻、热敏电阻、土壤湿度传感器等，理解模拟信号的读取与数值转换。 模拟输出（PWM）：`analogWrite()` 函数的应用，控制 LED 亮度、电机速度等，理解脉冲宽度调制。 传感器数据处理：数据平滑（滤波）、阈值判断、单位换算。 常用模拟传感器模块：温湿度传感器（如 DHT11/DHT22）、超声波测距传感器、烟雾传感器、气体传感器等。 第六章：高级通信协议与接口 I2C 通信（TWI）：协议原理、主从机模式、`Wire.h` 库的使用，连接多个 I2C 设备（如 LCD 显示屏、EEPROM）。 SPI 通信：协议原理、主从机模式、`SPI.h` 库的使用，连接 SPI 设备（如 SD 卡模块、ADXL345 加速度计）。 UART/Serial 通信：多串口通信（如 Arduino Mega），与 PC 或其他微控制器进行通信。 TTL 电平与 RS-232：区别与转换。 第七章：显示与人机交互 LCD 显示屏（如 1602, 2004）：I2C 接口 LCD 模块的连接与控制，`LiquidCrystal_I2C` 库的应用，显示文本、光标控制。 OLED 显示屏：SPI/I2C 接口 OLED 的连接与控制，如 SSD1306 模块。 按钮与矩阵键盘：多按键的扫描与识别，`Keypad.h` 库的使用。 编码器（Rotary Encoder）：方向检测与按键功能。 触摸屏（基础）：电阻式触摸屏的原理与接口。 第三部分：项目实践与进阶应用 第八章：实用项目案例（一） 智能家居基础： 温湿度监测与显示系统。 光线控制的自动夜灯。 基于继电器的远程家电控制（通过蓝牙/Wi-Fi 模块）。 物联网入门： 使用 ESP8266/ESP32 模块实现 Wi-Fi 连接，将传感器数据上传至云平台（如 Thingspeak）。 通过手机 App（如 Blynk）控制 Arduino 设备。 第九章：实用项目案例（二） 机器人与自动化： 简单的遥控小车（蓝牙/红外）。 避障机器人（超声波传感器）。 伺服电机控制（如舵机云台）。 数据采集与记录： 使用 SD 卡模块记录传感器数据。 实时时钟（RTC）模块的应用，实现时间戳记录。 第十章：进阶主题与拓展 低功耗设计：休眠模式、优化代码提高效率。 外部中断的应用：更精细的事件触发。 定时器与计数器：精确时间控制、生成 PWM 信号。 多任务与状态机：组织更复杂的程序逻辑。 FreeRTOS 简介（如适用于 STM32 系列 Arduino 板）。 代码优化与效率提升：内存管理、速度优化。 调试技巧与工具：串口调试、逻辑分析仪（基础）。 Arduino 的未来与生态：更多开发板、新传感器、开发工具的趋势。 社区资源利用：论坛、GitHub、在线教程。 三、 学习方法与目标读者 本书的学习方法强调“边学边做”，鼓励读者在阅读理论知识的同时，立即动手搭建电路、编写代码并进行实验。每个章节都配有清晰的电路图、代码示例以及详细的步骤说明。 目标读者： 初学者： 对电子、编程和硬件控制感兴趣，希望快速入门 Arduino 开发的爱好者。 学生： 学习嵌入式系统、物联网、机器人等相关专业的学生。 创客与DIY爱好者： 希望将创意变为现实，制作各种智能小工具、原型设备的人群。 工程师与开发者： 希望快速掌握 Arduino 平台，用于产品原型开发、技术验证或教学演示的专业人士。 四、 本书的价值所在 《Arduino 技术指南》不仅仅是一本技术手册，更是一扇通往无限创造力世界的大门。本书力求： 系统性： 从基础概念到高级应用，构建完整的知识体系。 实践性： 大量动手案例，让学习过程充满乐趣与成就感。 易读性： 语言通俗易懂，结构清晰，降低学习门槛。 前沿性： 涵盖了物联网、智能家居等热门应用方向。 启发性： 激发读者的创新思维，独立解决问题。 通过阅读和实践本书内容，读者将能够独立完成从简单的 LED 控制到复杂的物联网项目，为未来的电子设计和技术探索奠定坚实的基础。