Arduino魔法書：實現夢想的工具和技術 ( 簡體 字) |
| 作者：況琪,王俊升 | 類別：1. -> 電腦組織與體系結構 -> 單晶片 -> Arduino |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 39817
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NT售價： 295 元 |
| 出版日：10/1/2014 |
| 頁數：328 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121240676 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：獻給我的祖母——那個終生保持著好奇心并
善于激勵他人的人，她啟發我每天不斷向前。
關于作者
Jeremy Blum在康奈爾大學取得了電氣和計算機工程專業的碩士學位，他還在同一領域取得了學士學位。在康奈爾大學，他通過由他發起并領導的康奈爾大學可持續設計組織（Cornell University Sustainable Design）監督了國內外幾座生態建筑的設計和施工，該組織是一個美國承認的可持續設計組織，曾受到美國和世界綠色建筑委員會（U.S. and World Green Building Councils）CEO的特別稱贊。同樣，Jeremy也將他的激情付諸電氣工程領域，設計了太陽能家庭能源監控系統、革命性的光導纖維LED照明系統及追蹤太陽的智能太陽能面板。他還負責協助啟動了一個首創的創業者協同工作空間，每年致力于許多學生創業項目（也包括一些他自己的創意）的合作開發。
Jeremy還設計了廣受稱贊的義肢控制方法、手勢識別系統及樓宇自動化系統等許多項目。他設計了MakerBot Replicator 3D打印機（被世界各國的人們使用，包括像NASA這樣知名組織）的電子系統，以及MakerBot Digitizer 3D掃描儀的原型電子系統和固件。作為知名組織Creative Machines Lab的研究員，他致力于制作能夠自我組裝的機器人、自學習四足機器人及重新定義個人制造的3D打印機。他將這項研究呈送給了同行審閱的期刊和遠在印度的學術會議。
Jeremy制作的YouTube視頻已經將數百萬人帶入了工程學的大門，是互聯網上最流行的Arduino入門教程。他曾開發了入選探索頻道（Discovery Channel）的開源硬件項目和入門教程，并因此被國際上的開源社區和“創客”社區所熟知，贏得了一些獎項和黑客馬拉松（hack-a-thons）大賽。Jeremy入選了美國電氣和電子工程師學會（American Institute of Electrical and Electronics Engineers）的2012工程學新面孔（2012 New Face of Engineering）榜單。
他通過自己的公司Blum Idea Labs LLC提供工程學咨詢服務，并向紐約的年輕學生教授工程學和可持續發展課程。Jeremy的激情正在通過創新的工程學解決方案，改變著人們的生活和我們的家園。你可以在Jeremy的網站上進一步了解他和他的工作，網址是：www.jeremyblum.com。
關于技術編輯
＆not;＆not;Scott Fitzgerald是一名藝術家和教育工作者。自2006年起，他就在教學中將Arduino平臺當作教具，并且自2005年起，就在紐約大學的交互性電信項目（Interactive Telecommunications Program，ITP）中教授物理計算，向藝術家和設計師介紹微控制器。Scott為Arduino團隊工作，為新產品撰寫文檔，并創作入門教程來向人們介紹Arduino平臺。他在2011年曾經是Making Things Talk第2版的技術編輯，并在2012年為Arduino官方入門套件（Arduino Starter Kit）撰寫了附贈的圖書。
致 謝
首先，必須感謝在Wiley出版社的朋友幫助我完成了這本書：感謝Mary James當初鼓勵我撰寫這本書；感謝Jennifer Lynn全程監督了我的寫作。我還欠Scott Fitzgerald一個大大的感謝，感謝他在本書的技術編輯過程中的批判性眼光。
如果沒有element14的鼎力支持，我可能永遠無法制作出我的Arduino入門系列視頻教程，它們是本書的序曲。尤其是Sabrina Deitch和Sagar Jethani，他們是絕佳的合作伙伴，我很榮幸能與他們一起工作。
在撰寫本書主要部分的同時，我還要完成碩士學位并經營兩家公司，所以我要特別感謝我的教授和同事，感謝他們在我嘗試平衡所有責任時理解我。
最后，我想感謝我的家庭，特別是我的父母，還有我的兄弟David，是他們持續的激勵，讓我明白了做這些事情的意義。
前 言
你擁有絕佳的時機。正如我經常喜歡說的，“我們生活在未來”。利用如今可用的工具和書中的知識，你就有機會、也有能力讓夢想變成現實。讓任何人選擇一款微控制器并在幾分鐘內利用它控制周圍的世界——這一夢想直到最近才成為可能。你可能已經猜到了，微控制器是一個可編程的平臺，它使你能夠使用相對簡單的命令，來定義復雜的機械、電氣和軟件系統的操作。Arduino微控制器平臺將成為你的新寵，帶你探索電子、編程、人機交互、藝術、控制系統及更加廣闊的世界，有了它就有了無限的可能。通過對本書的學習，你將掌握使用Arduino制作各種作品的方法，從運動檢測到無線控制系統再到互聯網通信。
無論你是工程領域徹頭徹尾的新手，還是打算入門嵌入式系統設計的經驗豐富的老兵，Arduino都是一個絕佳的起點。你在尋找一本Arduino開發的通用參考手冊嗎？本書也非常適合你，它會引導你完成一系列具體項目，而你以后也可以再次翻閱本書來查找代碼片段、最佳范例和系統原理圖等資料。電氣工程、系統設計、編程實踐……這些你在閱讀時學到的知識在Arduino平臺之外也有廣泛的應用。通過對本書的閱讀，你將具備承擔各種工程項目的能力，不論它們使用的是Arduino還是其他平臺。
本書對象
本書適合任何經驗層級的Arduino愛好者。章節是彼此相關的，要利用前面章節中的概念和項目組件來實現更加復雜的想法。但不要擔心，當你面臨全新的、復雜的想法時，會有一個交叉引用來提示你相關概念第一次出現在書中的何處，以便很快回想起來。
本書假設你不具備或者只具備很少的編程和電氣工程方面的工作經驗。為了照顧到各個層次的讀者，本書設計了各種可選章節、小欄目或短節選，在其中詳細解釋了具體的概念。盡管這些小欄目對你更深入地理解Arduino的工作原理來說并不是必需的，但它們為更具好奇心的讀者提供了進一步關注技術性話題的機會。
你將通過本書學到什么
本書不是食譜書。如果你想遵循手把手地指導自己如何搭建一個具體項目的書，而不需要解釋為什么要這么做，那本書便不適合你。你可以把本書作為一本導論，其中介紹了電氣工程、計算機科學、產品設計和高級思維；你也可以把Arduino作為媒介，通過動手實踐的方式來體驗這些概念。
當我們在本書中演示如何搭建Arduino項目的硬件組件時，你學到的將不僅是如何將它們連接在一起，還有如何閱讀原理圖，為什么將某個器件用于某項功能，如何通過數據手冊為自己的項目選擇合適的器件等。在編寫軟件時，我提供了完整的程序代碼，但你會逐步走過幾個迭代性的過程來創建最終的程序。這會幫助你鞏固具體的程序函數、良好的代碼格式化實踐和對算法的理解。
本書會講授物理概念、算法、數字化設計原理及具體的Arduino編程概念。我希望，通過對本書中案例的學習，你不僅能成為一名熟練的Arduino開發者，還能學會一些技巧，去開發更加復雜的電氣系統，并在其他領域或其他平臺上繼續從事工程學方面的工作。
本書使用的標注
在本書中使用了下列標注和圖標，以在一些最重要或最有用的信息上吸引你的注意。
警告 請你一定要留意這樣的條目。如果一旦錯誤地執行某些步驟就可能導致電子器件損壞，你就會看到這種警告。
提示 這些條目包含了關于如何執行簡單任務的快速提示，這可能對你手頭的任務有所幫助。
注意 這些條目包含了對你來說可能很重要的額外信息，包括視頻和在線資料的相關鏈接，它們會讓具體項目的開發變得更加輕松。
樣例標題
這樣的條目對當前話題或相關話題做了更加深入的講解。
獲取器件
幸運的是，你可以方便地獲得實施本書中項目所需的器件。本書譯者已經根據本書內容提供了這些器件的獲得地址：http://kuangqi.me/。
建議你先買基本套件。隨著閱讀的深入，你還可以購買擴展套件。不想購買套件嗎？別擔心。在每章的開頭，有一個該章所需的詳細器件列表。本書原著的專題網站www.exploringarduino.com，也提供了一些鏈接，通過它們可以找到每章所需的器件。
注意 你是否已經從Newark獲得了本書的捆綁套裝？如果是，那么你就可以繼續了。
你需要什么
除了用來搭建Arduino項目的具體器件以外，你的Arduino探險之旅還需要一些其他工具和材料。最重要的是，你需要一臺兼容Arduino集成開發環境（IDE）的計算機（Mac OS X 10.4以上版本，Windows XP以上版本，或者一個Linux發行版）。在必要時我會為這些操作系統中的操作做出說明。
你可能還想要一些額外的工具，用來調試、組裝硬件等。它們對完成本書中的項目來說不是必需的，但在你拓展電氣工程技能時，這些工具在其他項目中遲早有用。我推薦如下工具。
一把烙鐵和一些焊料（完成本書中的項目并不需要焊接，但你可能希望在洞洞板上組裝自己的電路，或者你可能想購買需要焊接組裝的擴展板。）
一臺萬用表（在調試過程中有用，但不是必需的。）
一組小型螺絲刀
一支熱熔膠槍
源代碼和數字化內容
本書的主要專題網站是www.exploringarduino.com，它是由本書作者維護的。你可以在這個網站上找到每章的代碼并下載（還有視頻、鏈接及其他有用的材料）。Wiley也維護了一個關于本書數字化內容的倉庫，網址是www.wiley.com。本書代碼可在www.wiley.com/go/exploringarduino網頁的“Download Code”標簽下下載。
你也可以在www.wiley.com上根據ISBN（本書原著的ISBN為978-1-118- 54936-0）搜索本書原著，從而找到代碼。
在每章的開始處，你可以找到本章主要代碼的下載地址。在每章中，你還能在代碼清單的標題和文本中找到你需要的代碼文件的文件名。
在網站www.exploringarduino.com和www.wiley.com上提供的代碼是ZIP壓縮包。下載代碼之后，使用適當的工具解壓縮即可。
注意 由于許多圖書的書名大同小異，所以通過ISBN搜索可能會更方便一些。本書原著的ISBN是978-1-118-54936-0。
勘誤
我們盡力保證文本和代碼的正確性。然而人無完人，錯誤在所難免。如果你在本書中發現了錯誤，比如拼寫錯誤或者代碼錯誤，我們會感謝你的反饋。通過提交勘誤，你可能會消除其他讀者幾個小時的困惑，與此同時，你可以幫助我們提供更有用的信息。
要查找本書原著的勘誤，請訪問www.wiley.com/go/exploringarduino并單擊“Errata”鏈接。
補充材料和技術支持
在你的Arduino探險之旅當中，不可避免地會遇到問題和麻煩。使用Arduino最大的一個好處就在于可以在網上找到絕佳的技術支持社區。這個極為活躍的Arduino用戶大本營會十分樂意幫助你。下面列出了一些可能會幫到你的資源。
官方Arduino參考手冊
www.arduino.cc/en/Reference/HomePage
我的Arduino入門教程系列視頻
www.jeremyblum.com/category/arduino-tutorials
adafruit 公司的Arduino入門教程系列視頻
learn.adafruit.com/category/learn-arduino
SparkFun的電子學入門教程
learn.sparkfun.com/tutorials
Arduino官方論壇
www.arduino.cc/forum
element14 Arduino社區
www.element14.com/community/groups/arduino
如果你用盡了這些資源，卻還是無法解決你的問題，則請在Twitter（@sciguy14）上聯系我，我也許能幫上忙。你也可以直接通過我的網站上的聯系頁面（www.jeremyblum.com/contact）來與我取得聯系，但我通常沒法保證快速回復。
Arduino是什么
Arduino原型平臺的最大特點在于你想讓它是什么，它就是什么。Arduino可以是一個植物灌溉自動控制系統，也可以是一個Web服務器，甚至可以是四軸飛行器的自動駕駛儀。
Arduino是一個微控制器開發平臺，它配備了直觀的編程語言，你可以使用Arduino集成開發環境（IDE）來開發它。你可以為Arduino安裝傳感器、效應器、燈、揚聲器、擴展模塊（shield，本書譯作“擴展板”）及其他集成電路，來將Arduino變成一個可編程的“大腦”，應用于幾乎任何控制系統。
本書不可能涵蓋Arduino能做的所有事情，只要你的想象力是無窮的，可能性就是無窮的。因此，本書的目標是通過實施項目來讓你熟悉Arduino的功能，學習開發自己的項目時所需的技巧。
你會在第1章中學到更多關于Arduino及這塊板卡的變體。如果你渴望了解Arduino的所有內部工作原理，那么你很幸運：它是完全開源的，所有的電路圖和文檔都可以在Arduino網站上免費獲得。附錄提供了一些Arduino的技術指標。
一個開源平臺
如果你是一個開源世界的新人，則你一定會滿意的。本書不會詳細介紹開源硬件運動，但你應該了解一點這種思想，是它讓Arduino變得如此美妙。如果你想全面了解什么是開源硬件，則請查閱開源硬件協會網站（www.oshwa.org/definition）上的定義。
注意 你可以從我的TEDx演講中學到所有關于開源運動的知識：http://kuangqi.me/arduino/，進入該網站即可找到。你也可以在本章開頭處的Wiley網站上找到這個視頻。
由于Arduino是開源硬件，所以任何人都可以免費獲取所有的設計文件、原理圖及源代碼被。這不僅意味著你可以更方便地改造Arduino，以用于非常特定的功能，還意味著你可以將Arduino平臺整合到你的設計中，制作并銷售Arduino的復制品，并在其他項目中使用Arduino軟件庫。盡管本書使用的幾乎全部是官方Arduino硬件，但你也可以使用數以百計的Arduino衍生板卡（它們通常添加了特別的功能）來制作本書中的項目。
Arduino的開源許可證還允許商業化地重用他人的設計（只要你不在自己的設計上使用Arduino商標）。所以，如果你在一個令人興奮的項目原型中使用了Arduino，而你還想將其轉化為一個商業產品，那么你是可以這樣做的。舉例來說，你可能聽說過像MakerBot Replicator 3D打印機這樣的產品，它的電子系統是基于Arduino Mega平臺的（www.thingiverse.com/thing:16058）。（大爆料：我設計了那塊主板!）
在使用本書時，請確保遵守了本書中源代碼和硬件的許可證。一些許可證要求你在發布基于他人已有的設計時提供原始作者的信息；有的則要求你必須在相同的許可下分享你的改進工作。這樣的分享幫助社區成長，所有了不起的在線文檔和技術支持也正是源自于此，在你的Arduino探險之旅中，你一定會經常參考它們。我為本書編寫的所有的代碼示例（除非特別聲明）都是基于GNU通用公開許可（GPL）的，你可以隨心所欲地使用它們。
本書之外
有人可能對我在YouTube上流行的系列視頻“Arduino和電子學入門教程”（www.youtube.com/sciguy14）很熟悉了。本書中我也多次提到它們，你可以通過這些視頻更為深入地了解書中所涵蓋的技術主題。對電子器件和微控制器利用計算機科學知識，將它們創造性地組合，來創造卓越的作品，如果你對此感到好奇，可以在我的作品集（www.jeremyblum.com/portfolio）中查看樣例項目。同Arduino一樣，我的絕大部分作品都通過開源許可發布，允許你針對自己的需求方便地復制它們。
我渴望知道你利用在本書中學到的技巧做了什么，并期待你將這些與我和其他朋友分享。祝你在Arduino探險之旅中好運！ |
內容簡介：《Arduino魔法書：實現夢想的工具和技術》是一本關于使用Arduino實現夢想的作品。作者Jeremy Blum有一句名言：“我們生活在未來。”利用可用的工具和在本書中將學到的知識，任何人都有機會、也有能力選擇一款Arduino微控制器并在幾分鐘內利用它控制周圍的世界——這一夢想直到最近才成為可能。微控制器是一個可編程的平臺，它使我們能夠使用相對簡單的命令，來定義復雜的機械、電氣和軟件系統的操作。通過對本書的學習，我們將使用Arduino制作各種作品，從運動檢測到無線控制系統再到互聯網通信。
本書適用于任何經驗層級的Arduino愛好者。讀者不需要具備或者只需具備少量編程和電氣工程方面的經驗。為了照顧到各個層次的讀者，本書設計了各種可選章節、小欄目或短節選，并在其中詳細解釋了具體的概念。 |
目錄：第1部分 Arduino工程基礎 / 1
第1章 讓你的Arduino閃爍 / 2
探索Arduino生態系統 / 3
Arduino功能 / 3
Arduino板卡 / 7
創建你的第一個程序 / 12
下載并安裝Arduino IDE / 12
運行IDE并連接Arduino / 13
分析你的第一個程序 / 15
本章小結 / 17
第２章 數字輸入、輸出和脈沖寬度調制 / 18
數字輸出 / 19
連接一個LED并使用面包板 / 19
數字輸出端口編程 / 23
使用for循環 / 24
analogWrite()與脈沖寬度調制 / 25
讀取數字輸入 / 28
讀取帶有下拉電阻的數字輸入 / 28
使用“有彈性的”按鍵 / 30
制作一個可控的RGB LED夜燈 / 33
本章小結 / 37
第3章 讀取模擬傳感器 / 38
理解模擬和數字信號 / 39
比較模擬和數字信號 / 39
將模擬信號轉換為數字信號 / 40
利用Arduino讀取模擬傳感器：analogRead() / 41
讀取電位器 / 42
使用模擬傳感器 / 45
利用可變電阻制作自己的模擬傳感器 / 50
使用阻性分壓器 / 50
利用模擬輸入控制模擬輸出 / 52
本章小結 / 54
第2部分 控制環境 / 55
第4章 三極管與電機驅動 / 56
驅動直流電機 / 57
操作大電流感性負載 / 58
利用PWM控制電動機轉速 / 62
使用H-橋控制直流電機的方向 / 64
驅動伺服電機 / 70
理解連續旋轉伺服電機和標準伺服電機的區別 / 71
理解伺服電機控制 / 71
控制伺服電機 / 75
制作掃描式距離傳感器 / 76
本章小結 / 80
第5章 發出聲音 / 81
理解揚聲器的工作原理 / 82
聲音的性質 / 82
揚聲器是如何發聲的 / 83
使用tone()發出聲音 / 84
包含定義文件 / 85
給揚聲器接線 / 86
產生聲音序列 / 88
理解tone()函數的限制 / 91
制作一架微型鋼琴 / 91
本章小結 / 94
第6章 USB和串口通信 / 95
理解Arduino的串口通信功能 / 96
使用內置或外置USB-串口轉換器的Arduino板卡 / 97
使用次級含USB功能ATMega MCU來模擬串口轉換器的Arduino板卡 / 99
使用單個帶USB功能MCU的Arduino板卡 / 101
帶有USB-Host功能的Arduino板卡 / 101
監聽Arduino / 102
使用print語句 / 102
使用特殊字符 / 103
改變數據類型表示 / 105
與Arduino通信 / 105
從計算機或其他串口設備上讀取信息 / 106
與桌面應用程序通信 / 112
與Processing通信 / 113
學習Arduino Leonardo（及其他基于32U4的Arduino）的特殊技巧 / 119
模擬鍵盤 / 119
模擬鼠標 / 124
本章小結 / 127
第7章 移位寄存器 / 129
理解移位寄存器 / 130
發送并行和串行數據 / 131
使用74HC595移位寄存器 / 131
使用Arduino進行串行移位輸出 / 134
在二進制和十進制間轉換 / 136
用移位寄存器控制燈光動畫 / 137
搭建“光騎士” / 137
用LED條形圖響應輸入 / 139
本章小結 / 142
第3部分 Arduino通信接口 / 143
第8章 I2C總線 / 144
I2C總線的歷史 / 145
I2C硬件設計 / 145
通信方案與ID值 / 146
硬件要求和上拉電阻 / 147
與I2C測溫探頭通信 / 148
設置硬件 / 148
參考數據手冊 / 149
編寫軟件 / 151
將移位寄存器、串口通信和I2C通信結合 / 153
為溫度監控系統搭建硬件 / 153
修改嵌入式程序 / 154
編寫Processing程序 / 156
本章小結 / 159
第9章 SPI總線 / 160
SPI總線概述 / 161
SPI硬件和通信設計 / 162
硬件配置 / 162
通信方案 / 163
比較SPI與I2C / 164
與SPI數字電位器通信 / 164
從數據手冊中獲取信息 / 164
設置硬件 / 167
編寫軟件 / 169
用SPI數字電位器制作視聽顯示系統 / 171
設置硬件 / 172
修改軟件 / 173
本章小結 / 175
第10章 連接液晶顯示器 / 176
設置LCD / 177
使用LiquidCrystal庫寫入LCD / 180
向顯示器輸出文本 / 180
創建特殊符號和動畫 / 182
制作一個私人自動恒溫器 / 185
設置硬件 / 185
用按鍵調節設定值 / 188
添加聲音報警和電扇 / 189
整合：完整的程序 / 190
升級項目 / 194
本章小結 / 194
第11章 使用XBee收發器進行無線通信 / 195
理解XBee無線通信 / 196
XBee無線收發器 / 197
XBee無線收發器擴展板和串口連接 / 198
配置XBee / 201
用擴展板或USB適配器配置 / 202
選擇Xbee設置并將XBee連到主機上 / 203
用X-CTU配置XBee / 204
用串口終端配置XBee / 207
與計算機無線通信 / 209
為遠程Arduino供電 / 209
回顧串口示例：用電位器控制Processing / 211
回顧串口示例：控制一個RGB LED / 214
與另一個Arduino通信：制作無線門鈴 / 216
系統設計 / 217
發射器硬件 / 218
接收器硬件 / 218
發射器軟件 / 219
接收器軟件 / 220
本章小結 / 223
第4部分 高級的話題和項目 / 225
第12章 硬件和定時器中斷 / 226
使用硬件中斷 / 227
理解輪詢和中斷間的折中 / 228
理解Arduino的硬件中斷能力 / 229
搭建并測試硬件消抖動的按鍵中斷電路 / 230
使用定時器中斷 / 237
理解定時器中斷 / 237
獲取軟件庫 / 238
近乎于同時地執行兩個任務 / 238
搭建一個中斷驅動的音響 / 239
音響硬件 / 239
音響軟件 / 240
本章小結 / 242
第13章 用SD卡記錄數據 / 243
數據記錄的準備工作 / 244
用CSV文件格式化數據 / 244
為數據記錄準備SD卡 / 245
將SD卡接入Arduino / 249
SD卡擴展板 / 249
SD卡SPI接口 / 253
寫入SD卡 / 253
讀取SD卡 / 258
使用一個實時時鐘 / 261
理解實時時鐘 / 261
使用實時時鐘 / 263
做一個入口記錄儀 / 268
記錄儀硬件 / 268
記錄儀軟件 / 270
數據分析 / 273
本章小結 / 274
第14章 將你的Arduino聯網 / 275
互聯網、Arduino和你 / 276
網絡術語 / 276
客戶端與服務器 / 279
將Arduino聯網 / 279
在網上控制Arduino / 279
準備I/O控制硬件 / 280
設計一個簡易網頁 / 280
編寫Arduino服務器程序 / 282
通過網絡控制Arduino / 286
把實時數據發送給繪圖服務 / 290
在Xively上創建實時數據源 / 290
添加數據源組件 / 295
本章小結 / 299
附錄 ATMega數據手冊和Arduino原理圖揭秘 / 300
閱讀數據手冊 / 300
分解數據手冊 / 300
理解器件引腳定義 / 302
理解Arduino原理圖 / 304 |
| 序： |
