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内容简介

本书主要讲解了Arduino开发板的物理特性与接口功能，Arduino使用的各种AVR微控制器，Arduino特有的编程环境，各种扩展板，可与Arduino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。

作者简介

John M. Hughes 嵌入式系统工程师，在电子学、嵌入式系统及软件、航天系统和科学应用开发等领域拥有30余年的从业经验。 曾负责为凤凰号火星探测器开发表面成像软件。他所在的一个小组还开发了新型合成外差激光干涉仪，用于校正韦伯太空望远镜镜片的位置控制。 另著有《电子工程师必读：元器件与技术》，为没有电子学专业背景的爱好者和创客系统介绍电子学中的硬件、元件、工具和技术。

图书目录

前言　　xv 第1章　Arduino家族　　1 1.1　Arduino简史　　1 1.2　Arduino设备类型　　2 1.3　Arduino实物展示　　3 1.4　Arduino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　Arduino命名约定　　8 1.6　使用Arduino可以实现的目的　　9 1.7　更多信息　　11 第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 第3章　Arduino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　Arduino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　Arduino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　Arduino引脚分配　　52 3.4　熔丝位　　53 3.5　更多信息　　55 第4章　Arduino技术细节　　56 4.1　Arduino特性与功能.56 4.2　ArduinoUSB接口　　57 4.3　Arduino物理大小.59 4.3.1　全尺寸基本ArduinoPCB类型.60 4.3.2　Mega类型的ArduinoPCB　　61 4.3.3　小型ArduinoPCB62 4.3.4　特殊用途PCB类型　　65 4.4　Arduino引脚布局.66 4.4.1　Arduino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 第5章　对Arduino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　ArduinoIDE环境　　83 5.3.1　安装ArduinoIDE　　84 5.3.2　配置ArduinoIDE　　85 5.4　使用ArduinoIDE进行交叉编译　　86 5.4.1　Arduino可执行映像　　89 5.4.2　Arduino软件创建过程　　89 5.4.3　程序标签卡　　90 5.4.4　Arduino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Arduino程序中使用库　　98 5.5.2　将库添加到ArduinoIDE　　101 5.5.3　创建自定义库　　103 5.6　Arduino源代码　　103 第6章　不使用ArduinoIDE编程　　105 6.1　IDE替换方案　　105 6.1.1　PlatformIO　　105 6.1.2　Ino　　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Arduino用作ISP　　131 6.5.7　Bootloader运作　　131 6.5.8　更换Bootloader　　133 6.6　小结　　133 第7章　Arduino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　第三方库　　179 第8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Arduino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　非常见Arduino扩展板230 8.6　资源　　231 第9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 9.5.2　315/433MHzRF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 第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　最终软件　　322 10.3.6　装配　　328 10.3.7　最终验收测试　　332 10.3.8　运行　　333 10.3.9　后续步骤　　334 10.4　制作与Arduino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 第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　最终组装　　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　最终测试与结束　　386 11.8　削减开支　　387 11.9　成本明细　　388 11.10　资源　　389 第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　最终版本　　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 第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　最终设计　　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　AVRATmega控制寄存器　　455 附录C　Arduino与兼容产品厂商　　477 附录D　推荐阅读　　482 附录E　Arduino与AVR软件开发工具　　484 关于作者　　487 关于封面　　487