Arduino技术指南 PDF 全书完整版

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。

目录

• 前言xv
• 第1章Arduino家族1
• 1.1Arduino简史1
• 1.2Arduino设备类型2
• 1.3Arduino实物展示3
• 1.4Arduino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
• 1.5Arduino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
• 2.4.38位定时器/计数器18
• 2.4.416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
• 2.7.1USART22
• 2.7.2SPI22
• 2.7.3TWI23
• 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
• 3.1ATmega168/32829
• 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/O33
• 3.1.10外部中断33
• 3.1.11Arduino引脚分配34
• 3.1.12基本电气特性35
• 3.2ATmega1280/ATmega256035
• 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/O40
• 3.2.10外部中断41
• 3.2.11Arduino引脚分配41
• 3.2.12电气特性44
• 3.3ATmega32U444
• 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/O49
• 3.3.10外部中断50
• 3.3.11USB2.0接口51
• 3.3.12电气特性52
• 3.3.13Arduino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
• 4.1Arduino特性与功能.56
• 4.2ArduinoUSB接口57
• 4.3Arduino物理大小.59
• 4.3.1全尺寸基本ArduinoPCB类型.60
• 4.3.2Mega类型的ArduinoPCB61
• 4.3.3小型ArduinoPCB62
• 4.3.4特殊用途PCB类型65
• 4.4Arduino引脚布局.66
• 4.4.1Arduino基线引脚布局66
• 4.4.2扩展基线引脚布局67
• 4.4.3Mega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
• 5.2BootLoader81
• 5.3ArduinoIDE环境83
• 5.3.1安装ArduinoIDE84
• 5.3.2配置ArduinoIDE85
• 5.4使用ArduinoIDE进行交叉编译86
• 5.4.1Arduino可执行映像89
• 5.4.2Arduino软件创建过程89
• 5.4.3程序标签卡90
• 5.4.4Arduino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ArduinoIDE101
• 5.5.3创建自定义库103
• 5.6Arduino源代码103
• 第6章不使用ArduinoIDE编程105
• 6.1IDE替换方案105
• 6.1.1PlatformIO105
• 6.1.2Ino107
• 6.2AVR工具链108
• 6.2.1安装工具链111
• 6.2.2make112
• 6.2.3avr-gcc113
• 6.2.4binutils113
• 6.2.5avr-libc116
• 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
• 6.4AVR汇编语言120
• 6.4.1AVR编程模型121
• 6.4.2创建AVR汇编语言程序123
• 6.4.3AVR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
• 6.5.4JTAG129
• 6.5.5AVRDUDE129
• 6.5.6将Arduino用作ISP131
• 6.5.7Bootloader运作131
• 6.5.8更换Bootloader133
• 6.6小结133
• 第7章Arduino库134
• 7.1库组件134
• 7.1.1EEPROM136
• 7.1.2Ethernet138
• 7.1.3Firmata144
• 7.1.4GSM148
• 7.1.5LiquidCrystal157
• 7.1.6SD160
• 7.1.7Servo163
• 7.1.8SPI164
• 7.1.9SoftwareSerial165
• 7.1.10Stepper167
• 7.1.11TFT167
• 7.1.12Wi-Fi170
• 7.1.13Wi-Fi类172
• 7.1.14IPAddress类172
• 7.1.15Server类172
• 7.1.16Client类173
• 7.1.17UDP类173
• 7.1.18Wire174
• 7.1.19Esplora176
• 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
• 8.4.2I/O扩展板187
• 8.4.3I/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MIDI201
• 8.4.9Ethernet202
• 8.4.10蓝牙204
• 8.4.11USB205
• 8.4.12ZigBee207
• 8.4.13CAN208
• 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
• 8.4.17DC与步进电机控制214
• 8.4.18PWM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
• 9.2Grove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
• 9.5.1APC220无线模块279
• 9.5.2315/433MHzRF模块280
• 9.5.3ESP8266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PCB334
• 10.5Switchinator335
• 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
• 11.4.3DDS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
• 11.5.3DDS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
• 11.6.4DC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
• 12.1.1HVAC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
• 12.5.1DHT22传感器407
• 12.5.2旋转编码器408
• 12.5.3实时时钟模块409
• 12.5.4LCD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BAVRATmega控制寄存器455
• 附录CArduino与兼容产品厂商477
• 附录D推荐阅读482
• 附录EArduino与AVR软件开发工具484
• 关于作者487