Arduino技術(shù)指南

目錄
前言
第 1 章 Arduino 家族 1
1．1 Arduino 簡(jiǎn)史．1
1．2 Arduino 設(shè)備類(lèi)型．2
1．3 Arduino 實(shí)物展示．3
1．4 Arduino 兼容設(shè)備．6
1．4．1 硬件兼容設(shè)備 6
1．4．2 軟件兼容設(shè)備 7
1．5 Arduino 命名約定．8
1．6 使用Arduino 可以實(shí)現(xiàn)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 內(nèi)部架構(gòu) ．13
2．3 內(nèi)部存儲(chǔ)器 ．16
2．4 外圍功能 ．16
2．4．1 控制寄存器 16
2．4．2 數(shù)字I O 端口 ．17
2．4．3 8 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 18
2．4．4 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 19
2．4．5 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器預(yù)分頻器 ．19
2．5 模擬比較器 ．19
2．6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ．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 中斷 24
2．9 看門(mén)狗定時(shí)器 ．26
2．10 電氣特性 ．26
2．11 更多信息 ．27
第3 章 Arduino 專(zhuān)用AVR 微控制器 ．28
3．1 ATmega168 328 29
3．1．1 內(nèi)存 29
3．1．2 特性 29
3．1．3 封裝 30
3．1．4 端口 31
3．1．5 引腳電路 31
3．1．6 模擬比較器輸入 31
3．1．7 模擬輸入 32
3．1．8 串行接口 32
3．1．9 定時(shí)器 時(shí)鐘I O ．33
3．1．10 外部中斷 33
3．1．11 Arduino 引腳分配 34
3．1．12 基本電氣特性 35
3．2 ATmega1280 ATmega2560 35
3．2．1 內(nèi)存 35
3．2．2 特性 37
3．2．3 封裝 37
3．2．4 端口 37
3．2．5 引腳功能 38
3．2．6 模擬比較器輸入 38
3．2．7 模擬輸入 39
3．2．8 串行接口 39
3．2．9 定時(shí)器 時(shí)鐘I O ．40
3．2．10 外部中斷 41
3．2．11 Arduino 引腳分配 41
3．2．12 電氣特性 44
3．3 ATmega32U4 44
3．3．1 內(nèi)存 44
3．3．2 特性 45
3．3．3 封裝 46
3．3．4 端口 46
3．3．5 引腳功能 47
3．3．6 模擬比較器輸入 47
3．3．7 模擬輸入 47
3．3．8 串行接口 48
3．3．9 定時(shí)器 時(shí)鐘I O ．49
3．3．10 外部中斷 50
3．3．11 USB2．0 接口 ．51
3．3．12 電氣特性 52
3．3．13 Arduino 引腳分配 52
3．4 熔絲位 ．53
3．5 更多信息 ．55
第4 章 Arduino 技術(shù)細(xì)節(jié) ．56
4．1 Arduino 特性與功能．56
4．2 Arduino USB 接口 57
4．3 Arduino 物理大?。?9
4．3．1 全尺寸基本Arduino PCB 類(lèi)型．60
4．3．2 Mega 類(lèi)型的Arduino PCB ．61
4．3．3 小型Arduino PCB62
4．3．4 特殊用途PCB 類(lèi)型 ．65
4．4 Arduino 引腳布局．66
4．4．1 Arduino 基線引腳布局 66
4．4．2 擴(kuò)展基線引腳布局 67
4．4．3 Mega 引腳布局 72
4．4．4 非標(biāo)準(zhǔn)布局 74
4．5 更多信息 78
第5 章 對(duì)Arduino 與AVR 微控制器編程 ．79
5．1 微控制器交叉編譯 ．80
5．2 BootLoader 81
5．3 Arduino IDE 環(huán)境 ．83
5．3．1 安裝Arduino IDE 84
5．3．2 配置Arduino IDE 85
5．4 使用Arduino IDE 進(jìn)行交叉編譯 86
5．4．1 Arduino 可執(zhí)行映像 89
5．4．2 Arduino 軟件創(chuàng)建過(guò)程 89
5．4．3 程序標(biāo)簽卡 90
5．4．4 Arduino 軟件架構(gòu) 91
5．4．5 運(yùn)行時(shí)支持：main() 函數(shù) 92
5．4．6 程序示例 94
5．4．7 常量 97
5．4．8 全局變量 97
5．5 庫(kù) ．98
5．5．1 在Arduino 程序中使用庫(kù) ．98
5．5．2 將庫(kù)添加到Arduino IDE 101
5．5．3 創(chuàng)建自定義庫(kù) 103
5．6 Arduino 源代碼．103
第6 章 不使用Arduino IDE 編程 ．105
6．1 IDE 替換方案 ．105
6．1．1 PlatformIO 105
6．1．2 Ino ．107
6．2 AVR 工具鏈 ．108
6．2．1 安裝工具鏈 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 從零開(kāi)始構(gòu)建C 或C++ 程序 ．118
6．3．1 使用avr-gcc 或avr-g++ 進(jìn)行編譯 118
6．3．2 多個(gè)源文件與make 程序 118
6．4 AVR 匯編語(yǔ)言 ．120
6．4．1 AVR 編程模型 ．121
6．4．2 創(chuàng)建AVR 匯編語(yǔ)言程序 123
6．4．3 AVR 匯編語(yǔ)言資源 ．125
6．5 上傳AVR 可執(zhí)行代碼 126
6．5．1 系統(tǒng)內(nèi)編程 126
6．5．2 使用Bootloader 編程 ．127
6．5．3 不使用Bootloader 上傳 ．127
6．5．4 JTAG ．129
6．5．5 AVRDUDE ．129
6．5．6 將Arduino 用作ISP 131
6．5．7 Bootloader 運(yùn)作 131
6．5．8 更換Bootloader 133
6．6 小結(jié) ．133
第7 章 Arduino 庫(kù) ．134
7．1 庫(kù)組件 ．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 類(lèi) 172
7．1．14 IPAddress 類(lèi) 172
7．1．15 Server 類(lèi) 172
7．1．16 Client 類(lèi) 173
7．1．17 UDP 類(lèi) 173
7．1．18 Wire ．174
7．1．19 Esplora ．176
7．2 第三方庫(kù) ．179
第8 章 擴(kuò)展板 182
8．1 擴(kuò)展板的電氣特性 ．183
8．2 擴(kuò)展板的物理特性 ．184
8．3 堆疊擴(kuò)展板 ．186
8．4 常用Arduino 擴(kuò)展板186
8．4．1 輸入 輸出 ．187
8．4．2 I O 擴(kuò)展板 187
8．4．3 I O 拓展板 191
8．4．4 繼電器擴(kuò)展板 194
8．4．5 信號(hào)路由擴(kuò)展板 196
8．4．6 存儲(chǔ)器 199
8．4．7 通信 201
8．4．8 串行I O 與MIDI ．201
8．4．9 Ethernet ．202
8．4．10 藍(lán)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 制作自定義原型擴(kuò)展板 213
8．4．16 運(yùn)動(dòng)控制 214
8．4．17 DC 與步進(jìn)電機(jī)控制 214
8．4．18 PWM 與舵機(jī)控制 216
8．4．19 顯示器 217
8．4．20 儀表擴(kuò)展板 223
8．4．21 適配器擴(kuò)展板 225
8．4．22 混雜擴(kuò)展板 226
8．5 非常見(jiàn)Arduino 擴(kuò)展板230
8．6 資源 231
第9 章 模塊與I O 組件 ．233
9．1 模塊234
9．1．1 物理外形 235
9．1．2 接口 235
9．1．3 模塊來(lái)源 238
9．1．4 模塊說(shuō)明 238
9．2 Grove 模塊 260
9．3 傳感器與模塊介紹 ．261
9．4 傳感器 ．262
9．4．1 溫度、濕度、壓力傳感器 263
9．4．2 傾斜傳感器 267
9．4．3 聲音傳感器 268
9．4．4 光線傳感器 269
9．4．5 磁場(chǎng)傳感器 272
9．4．6 振動(dòng)與敲擊傳感器 273
9．4．7 運(yùn)動(dòng)傳感器 274
9．4．8 接觸與位置傳感器 275
9．4．9 距離傳感器 278
9．5 通信 279
9．5．1 APC220 無(wú)線模塊 279
9．5．2 315 433 MHz RF 模塊 ．280
9．5．3 ESP8266 收發(fā)器．280
9．6 輸出設(shè)備與元件 ．281
9．6．1 光源 281
9．6．2 繼電器、電機(jī)與舵機(jī) 285
9．6．3 模擬信號(hào)輸出 287
9．7 用戶輸入 ．288
9．7．1 鍵盤(pán) 288
9．7．2 搖桿 289
9．7．3 電位器與旋轉(zhuǎn)編碼器 289
9．8 用戶輸出 ．289
9．8．1 文本顯示器 290
9．8．2 圖形顯示器 291
9．9 支持功能 ．291
9．9．1 時(shí)鐘 292
9．9．2 定時(shí)器 293
9．10 連接 294
9．10．1 使用裸露跳線 294
9．10．2 模塊連接系統(tǒng) 294
9．10．3 自己動(dòng)手制作連接器 295
9．10．4 選擇連接方法 297
9．11 供應(yīng)商資源 ．297
9．12 小結(jié) ．297
第 10 章 自己動(dòng)手制作元件 ．299
10．1 準(zhǔn)備工作 ．301
10．2 制作擴(kuò)展板 ．305
10．2．1 物理考慮 ．306
10．2．2 堆疊擴(kuò)展板 ．307
10．2．3 電氣考慮 ．308
10．3 制作GreenShield 擴(kuò)展板 ．309
10．3．1 目標(biāo) ．309
10．3．2 定義與規(guī)劃 ．309
10．3．3 設(shè)計(jì) ．310
10．3．4 制作原型 ．316
10．3．5 **終軟件 ．322
10．3．6 裝配 ．328
10．3．7 **終驗(yàn)收測(cè)試 ．332
10．3．8 運(yùn)行 ．333
10．3．9 后續(xù)步驟 ．334
10．4 制作與Arduino 兼容的PCB ．334
10．5 Switchinator 335
10．5．1 定義與規(guī)劃 ．335
10．5．2 設(shè)計(jì) ．336
10．5．3 原型 ．347
10．5．4 軟件 ．350
10．5．5 制造 ．353
10．5．6 驗(yàn)收檢測(cè) ．356
10．5．7 后續(xù)步驟 ．356
10．6 資源 ．356
第 11 章 項(xiàng)目：可編程信號(hào)發(fā)生器 358
11．1 項(xiàng)目目標(biāo) ．360
11．2 定義與規(guī)劃 ．360
11．3 設(shè)計(jì) 362
11．3．1 功能 ．362
11．3．2 外殼 ．363
11．3．3 電路圖 ．364
11．4 搭建原型 ．366
11．4．1 控制輸入與模式 ．367
11．4．2 顯示輸出 ．368
11．4．3 DDS 模塊 369
11．5 軟件 ．370
11．5．1 源代碼組織 ．371
11．5．2 軟件描述 ．372
11．5．3 DDS 庫(kù) 378
11．5．4 測(cè)試 ．379
11．6 **終組裝 ．382
11．6．1 上拉電阻陣列 ．382
11．6．2 輸入保護(hù) ．383
11．6．3 機(jī)箱外殼 ．384
11．6．4 DC 電源．386
11．7 **終測(cè)試與結(jié)束 ．386
11．8 削減開(kāi)支 ．387
11．9 成本明細(xì) ．388
11．10 資源 ．389
第 12 章 項(xiàng)目：智能調(diào)溫器 ．390
12．1 背景 390
12．1．1 HVAC 概述 ．391
12．1．2 溫度控制基礎(chǔ) ．392
12．1．3 智能溫度控制 ．394
12．2 項(xiàng)目目標(biāo) ．395
12．3 定義與規(guī)劃 ．395
12．4 設(shè)計(jì) ．396
12．4．1 功能 ．396
12．4．2 外殼 ．397
12．4．3 電路圖 ．399
12．4．4 軟件 ．399
12．4．5 用戶輸入 輸出 402
12．4．6 控制輸出 ．406
12．5 原型 406
12．5．1 DHT22 傳感器 407
12．5．2 旋轉(zhuǎn)編碼器 ．408
12．5．3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊 ．409
12．5．4 LCD 擴(kuò)展板 410
12．6 軟件 ．410
12．6．1 源代碼組織 ．410
12．6．2 軟件描述 ．410
12．6．3 測(cè)試 ．413
12．7 **終版本 ．413
12．7．1 組裝 ．414
12．7．2 測(cè)試與運(yùn)行 ．416
12．8 成本明細(xì) ．417
12．9 后續(xù)步驟 ．417
12．10 資源 ．418
第 13 章 模型火箭發(fā)射器：設(shè)計(jì)研究 419
13．1 概覽 419
13．2 設(shè)計(jì)周期 ．420
13．3 目標(biāo) 421
13．4 選擇與定義功能需求 ．423
13．5 進(jìn)行初步設(shè)計(jì) ．426
13．5．1 設(shè)計(jì)可行性 ．429
13．5．2 初始元件列表 ．432
13．6 原型 432
13．7 **終設(shè)計(jì) ．433
13．7．1 電氣特征 ．433
13．7．2 物理外形 ．438
13．7．3 軟件 ．440
13．7．4 測(cè)試與運(yùn)行 ．442
13．8 成本分析 ．443
附錄A 工具與配件 444
附錄B AVR ATmega 控制寄存器 455
附錄C Arduino 與兼容產(chǎn)品廠商 477
附錄D 推薦閱讀 482
附錄E Arduino 與AVR 軟件開(kāi)發(fā)工具 ．484
關(guān)于作者．487
關(guān)于封面 487