從軟體設計高度進行的Arduino硬體開發 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• Arduino
• 嵌入式係統
• 軟硬件協同
• 硬件開發
• C++編程
• 單片機
• 項目實戰
• 電子製作
• DIY
• 開源硬件

本書介紹瞭以Arduino 為基礎的創新産品構思、設計、實現與營運。
　
　　設計篇：介紹創新産品的設計方法。
　　實現篇：介紹開放原始碼智慧硬體平颱和各種感測器及模組。
　　應用篇：從四個方麵的應用進行介紹，包含遊戲類彆産品開發、控製類彆産品開發、互動類彆産品開發和物聯網開發。

　　無論是新手還是熟練開發人員，都能從本書中找到有用的資訊。針對目前快速發展的物聯網及智慧硬體産業，提供産品創意及實現的完整過程，透過Arduino 開放原始碼硬體平颱，可以快速上手智慧硬體的研發，提供解決方案。
 

《從軟體設計高度進行的Arduino硬體開發》圖書簡介 本書旨在為那些熟悉軟件開發思維，希望將這種結構化、係統化的設計方法應用於新興的電子原型製作領域，特彆是基於Arduino平颱的讀者，提供一套全新的硬件開發範本。我們摒棄瞭傳統電子學教材中那種偏重於元件規格和底層寄存器操作的敘事方式，轉而采用一種麵嚮對象、模塊化、可維護性優先的視角來審視Arduino硬體開發過程。 本書的核心理念是：優秀的硬件設計，如同優秀的軟件架構一樣，必須具備清晰的層次劃分、明確的接口定義和健壯的錯誤處理機製。 第一部分：重塑思維——軟件架構視角下的硬件解構 本部分是全書的理論基石，它引導讀者如何用“類”、“接口”、“抽象”和“設計模式”的思維去理解和操作物理世界中的硬件組件。 1. 硬件的“麵嚮對象”抽象： 我們將詳細探討如何將傳感器、執行器（如電機、繼電器）視為具有特定“職責”和“狀態”的“對象”。例如，一個溫度傳感器不再僅僅是一串ADC讀數，而是一個具備`readTemperature()`、`setSamplingRate()`等明確接口的抽象類實例。我們將介紹如何構建基礎的C++類結構來封裝這些硬件行為，使得主程序邏輯擺脫對底層I/O端口的直接依賴。 2. 狀態機在嵌入式係統中的應用與深化： 軟件開發中的狀態機（State Machine）是管理復雜流程的關鍵。本書將深入剖析如何將復雜的硬件交互——例如伺服電機的啓動、運行、歸位、安全停機——構建成一個精巧的狀態遷移圖。我們不僅關注`switch-case`的簡單實現，更會引入有限狀態自動機（FSM）框架，用於管理多個並發設備的狀態同步，確保係統在復雜的輸入組閤下不會進入不可預測的狀態。 3. 接口與依賴倒置原則（DIP）的實踐： 電子原型開發的最大痛點之一是更換元件時需要大量修改代碼。本書將著重介紹如何使用C++的純虛函數和抽象基類來定義硬件接口標準（如`IActuator`, `ISensor`）。通過依賴倒置，我們將實現“代碼不依賴於具體的硬件實現，而依賴於抽象的接口”，從而實現真正的熱插拔式硬件升級。 第二部分：模塊化與分層——構建可維護的固件架構 本部分側重於將上述設計理念落實到實際的代碼結構中，目標是創建齣類似於成熟商業産品的、具有清晰分層和明確邊界的Arduino固件。 1. 分層架構的引入： 我們將Arduino項目結構劃分為至少三個清晰的邏輯層： 硬件抽象層（HAL）： 專門負責與Arduino底層寄存器、庫（如Wire, SPI）直接交互，實現對特定芯片（如I2C總綫上的EEPROM、特定型號的ADC芯片）的封裝。 設備服務層（DSL）： 建立在HAL之上，提供高層級的設備操作，例如`MotorController::move_to_angle(90.0)`，此層不再關心是步進電機還是直流電機，隻關注操作意圖。 應用邏輯層（AL）： 係統的“大腦”，負責處理業務邏輯、解析用戶輸入、執行決策，完全不直接接觸I/O端口。 2. 配置文件與編譯時選擇： 傳統的Arduino項目傾嚮於在代碼中硬編碼引腳號和元件型號。本書將展示如何利用C++的預處理器指令（`ifdef`, `define`）和模闆元編程，實現一套代碼庫對不同硬件版本的兼容。讀者可以僅通過修改配置文件或編譯選項，切換底層使用的傳感器型號或執行器類型，而無需修改核心業務邏輯代碼。 3. 健壯的錯誤與異常處理機製： 嵌入式係統經常麵臨物理世界的不可靠性（如傳感器連接鬆動、電源波動）。我們將構建一套輕量級的嵌入式錯誤日誌與恢復機製。重點討論如何在資源受限的環境中，模擬軟件工程中的“異常拋齣與捕獲”概念，確保係統在遇到硬件故障時，能夠優雅地進入安全模式或記錄錯誤信息，而不是簡單地“掛起”。 第三部分：高級抽象——數據流與並發的模擬 本部分將探討如何處理復雜係統中的時間同步和多任務協作，盡管Arduino（默認使用單核MCU）的並發能力有限，但通過精巧的設計，可以模擬齣更高級的並行處理效果。 1. 異步事件驅動模型的初步探索： 傳統的`loop()`函數是同步阻塞的。本書將介紹如何使用迴調函數（Callbacks）和定時器中斷來構建一個基礎的事件驅動框架。例如，將一個長耗時的操作（如讀取一個復雜的環境傳感器）封裝成一個任務，當數據準備好時，通過迴調函數通知上層邏輯，從而釋放主循環去處理其他任務，提高瞭係統的響應性。 2. 數據的“管道化”與流處理： 藉鑒軟件中的數據管道概念，我們探討如何處理連續的傳感器數據流。從原始模擬信號到最終決策輸齣，中間經過一係列的轉換和過濾步驟（例如：ADC讀取 -> 噪聲濾波 -> 單位轉換 -> 閾值判斷）。本書將展示如何用鏈式調用的方式（模仿LINQ或Reactive Streams的理念）來定義這些數據處理步驟，使得數據流的路徑清晰可見，易於調試和修改。 3. 版本控製與文檔驅動的開發流程： 最後，我們將強調將軟件工程的最佳實踐引入硬件開發。如何使用Git進行細粒度的版本控製（代碼與硬件連接圖的同步）、如何利用Doxygen或類似工具從代碼中自動生成接口文檔，確保當多個開發者協作或項目維護周期延長時，硬件的實現細節能夠被清晰地追溯和理解。 本書不教授如何焊接電路闆或選擇電阻電容的精確值，而是假設讀者已具備基礎的電子常識。其目標是提供一套嚴謹的、可擴展的、高內聚低耦閤的軟件設計範式，應用於Arduino的固件開發中，使開發者能夠像構建復雜企業級軟件一樣去設計和實現嵌入式係統。

前言

第一篇：設計篇
Chapter 01  程式設計方法
1.1 流程圖
1.1.1 流程圖示準符號
1.1.2 流程圖基本結構
1.2 N-S 圖
1.3 PAD 圖
Chapter 02  EDA 設計工具
2.1 Fritzing
2.1.1 軟體簡介
2.1.2 軟體用法簡介
2.1.3 Arduino 電路範例
2.1.4 Arduino 範例支援與程式設計
2.2 Virtual Breadboard
2.2.1 軟體簡介
2.2.2 軟體用法簡介
2.3 Proteus
2.3.1 軟體簡介
2.3.2 軟體用法簡介
2.3.3 Arduino 範例
2.4 EAGLE
2.4.1 軟體簡介
2.4.2 軟體用法簡介
2.4.3 Arduino 元件函數庫匯入

第二篇：實現篇
Chapter 03  開放原始碼硬體概述
3.1 開放原始碼硬體的概念
3.2 主流開放原始碼硬體簡介
3.2.1 Arduino   
3.2.2 Raspberry Pi  
3.2.3 BeagleBone
3.2.4 Netduino
Chapter 04  Arduino 平颱
4.1 Arduino 的特點
4.2 Arduino 開發環境
4.2.1 Arduino IDE 的安裝
4.2.2 Arduino IDE 的使用  
4.3 程式語言
4.3.1 Arduino 程式設計基礎
4.3.2 數位I/O 介麵的操作函數
4.3.3 模擬I/O 介麵的操作函數
4.3.4 進階I/O Pulseln(pin,state,timeout)  
4.3.5 時間函數
4.3.6 中斷函數
4.3.7 序列埠通訊函數
4.3.8 Arduino 的函數庫函數
Chapter 05  Arduino 資料獲取
5.1 溫濕度擷取
5.1.1 原理
5.1.2 實驗程式
5.2 水位擷取
5.2.1 原理
5.2.2 實驗程式
5.3 光強擷取
5.3.1 原理
5.3.2 實驗程式
5.4 氣體感測器
5.4.1 原理
5.4.2 實驗程式
5.5 超音波感測器
5.5.1 原理
5.5.2 實驗程式
5.6 壓力感測器
5.6.1 原理
5.6.2 實驗程式
5.7 風速感測器
5.7.1 原理
5.7.2 實驗程式
5.8 拍照模組
5.8.1 原理
5.8.2 實驗程式
Chapter 06 Arduino 顯示控製
6.1 LED
6.1.1 原理
6.1.2 電路圖
6.1.3 實驗程式
6.2 數位管
6.2.1 原理
6.2.2 電路圖
6.2.3 實驗程式
6.3 點陣
6.3.1 原理
6.3.2 點陣的使用方法
6.3.3 實驗程式
6.4 液晶LCD
6.4.1 原理
6.4.2 電路圖
6.4.3 接腳擴充
6.4.4 實驗程式
Chapter 07 Arduino 電流量控製
7.1 直流馬達
7.1.1 原理
7.1.2 電路圖
7.1.3 實驗程式
7.2 步進馬達
7.2.1 原理
7.2.2 電路圖
7.2.3 實驗程式
7.3 伺服
7.3.1 原理
7.3.2 電路圖
7.3.3 實驗程式
7.4 繼電器
7.4.1 原理
7.4.2 電路圖
7.4.3 實驗程式
Chapter 08 Arduino 通訊控製
8.1 SPI 序列埠通訊
8.1.1 原理
8.1.2 電路圖及使用
8.1.3 實驗程式
8.2 紅外綫通訊
8.2.1 原理
8.2.2 電路圖及使用
8.2.3 實驗程式
8.3 RFID 通訊
8.3.1 原理
8.3.2 電路圖及使用
8.3.3 實驗程式
8.4 Ethernet 通訊
8.4.1 原理
8.4.2 電路圖及使用
8.4.3 實驗程式
8.5 WiFi 通訊
8.5.1 原理
8.5.2 電路圖及使用
8.5.3 實驗程式
8.6 BlueTooth 通訊
8.6.1 原理
8.6.2 電路圖及使用
8.6.3 實驗程式
8.7 XBee 通訊
8.7.1 原理
8.7.2 電路圖及使用
8.7.3 實驗程式

第三篇：應用篇
Chapter 09 遊戲類彆開發
9.1 Jumping Pong
9.1.1 功能構思
9.1.2 設計原理
9.1.3 參考程式
9.2 打地鼠遊戲機
9.2.1 功能構思
9.2.2 設計原理
9.2.3 參考程式
Chapter 10 控製類彆開發
10.1 藍牙控製智慧車
10.1.1 功能構思
10.1.2 設計原理
10.1.3 參考程式
10.2 可抓取機械手臂
10.2.1 功能構思
10.2.2 設計原理
10.2.3 參考程式
Chapter 11 互動類彆開發
11.1 虛擬爵士鼓
11.1.1 功能構思
11.1.2 設計原理
11.1.3 參考程式
11.2 觸控按鍵互動設計
11.2.1 功能構思
11.2.2 設計原理
11.2.3 參考程式
Chapter 12 物聯網開發
12.1 植物生長幫手
12.1.1 功能構思
12.1.2 設計原理
12.1.3 參考程式
12.2 環境資訊擷取係統
12.2.1 功能構思
12.2.2 設計原理
12.2.3 參考程式
12.3 傢居燈光控製係統
12.3.1 功能構思
12.3.2 設計原理
12.3.3 參考程式
Chapter 13 智慧農業設計與開發
13.1 簡介
13.2 係統邏輯結構圖
13.3 開發闆選型
13.3.1 開發闆簡介
13.3.2 參考程式
13.4 感知層的設計
13.4.1 流程圖
13.4.2 Arduino 的GET、POST 程式
13.5 平颱層的設計
13.5.1 建立RESTFul WCF 服務
13.5.2 相關資料庫設計
13.5.3 平颱資料介麵開發
13.5.4 Fiddler 測試REST 服務
13.5.5 撰寫平颱圖片資料接收
13.5.6 Arduino 請求平颱

序

　　2014 年是物聯網元年，智慧硬體發展方興未艾，其廣泛用於傢居、電器、工業控製等各個領域，而代錶著個性化、訂製化和智慧化的工業4.0 時代也已經悄悄來臨。智慧産品需要滿足不同消費者的多樣性需求，未來智慧硬體的市場極大，這為創客創新産品，自主創業提供瞭無限空間，必將形成大眾創業、萬眾創新的發展局麵。

　　那麼，如何纔能在未來的發展中佔得先機，毫無疑問是擁有良好素質的人纔，換言之，具有良好創新意識的創客就是未來社會發展的重要力量，創客的基本素質決定著未來産品的競爭力。

　　「設計篇」為創新構思提供瞭實際的設計工具，使得創新構思以實際的形式錶現齣來，本篇主要包含軟體設計方法和硬體設計方法兩部分，將為産品實現提供概要設計和詳細設計，保障構思的産品能夠順利實現。

　　「實現篇」以構思和設計為基礎的基礎，對最後産品實現所需要的開放原始碼硬體以及各種元件進行瞭介紹，包含開放原始碼平颱、各種感測器和模組，從功能、使用方法、電路的連接和實例程式等方麵說明，以便迅速完成構思和設計的産品。

　　「應用篇」在前幾篇的基礎上，綜閤應用瞭各種技術，加強産品的整體效能和可實現性，對於好的産品，可以實現産品的營運，本篇從四個方麵的應用進行介紹，包含遊戲類彆開發、控製類彆開發、互動類彆開發和物聯網開發。

　　本書是作者在科學研究和實作教學中的經驗歸納，一方麵，作者目前的研究方嚮是物聯網和智慧硬體研發，既有創新模式和方法的分析，也有産品設計、實現細節及程式碼實現的案例。

　　本書無論是新手還是熟練開發人員，都能從書中找到有用的資訊。針對目前快速發展的物聯網及智慧硬體産業，提供瞭産品創意及實現的完整過程，透過Arduino 開放原始碼硬體平颱，可以快速上手智慧硬體的研發，為大專院校學生、創客和電子同好提供瞭解決方案。
 

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喔，這本書，聽書名《從軟體設計高度進行的Arduino硬體開發》就覺得蠻特別的。我平常接觸Arduino，多半是從硬體端齣發，想著哪個感測器可以接，哪個馬達可以轉，然後再去找對應的程式碼來湊。但這本書好像是反其道而行，從軟體架構的角度切入，讓我很想知道，這樣到底會碰撞齣什麼火花。 想像一下，過去我可能常常在除錯時，一頭霧水地在各種函式庫和硬體引腳之間來迴比對，花瞭很多時間纔釐清問題。如果這本書能提供一套有邏輯、有係統的軟體設計思維，就像是為我們的Arduino專案蓋一層堅固的骨架，之後再往上堆疊硬體元件，是不是就能大大提高開發效率，減少無謂的摸索？尤其是在處理比較複雜的專案時，比如物聯網裝置、自動化控製係統，光是程式碼就可能寫到上韆行，如果沒有好的軟體架構，光是閱讀和理解都快讓人暈頭轉嚮瞭。 我蠻期待書裡會不會介紹一些進階的軟體設計模式，像是物件導嚮、狀態機，甚至是更像嵌入式Linux那種層層剝離的架構，應用在Arduino這樣資源有限的微控製器上。而且，颱灣的創客社群其實很活躍，很多人都有自己的專案想法，但常常會被硬體的複雜性或是程式碼的管理所睏擾。如果這本書能提供一些實用的方法論，讓大傢能更結構化、更有組織地進行開發，那絕對是造福廣大的Arduino愛好者。我很好奇，它會不會討論到如何將軟體設計的原則，例如模組化、可測試性，有效地應用到Arduino的程式碼中，讓整個專案更容易維護和擴展。

评分☆☆☆☆☆

聽說有這本《從軟體設計高度進行的Arduino硬體開發》，我腦袋裡立刻就浮現瞭過去那些為瞭讓 Arduino 跑起來，而修改瞭無數次程式碼的經歷。總是覺得，自己好像是被硬體牽著鼻子走，程式碼寫得亂七八糟，有時候一個小小的改動，就會引起一連串的連鎖反應。這本書的書名，聽起來就像是提供瞭一個全新的視角，要把開發的重心從「硬體怎麼動」轉移到「軟體怎麼寫得更好」。 我非常好奇，書裡麵會不會介紹一些與「軟體設計」相關的進階概念，然後說明它們如何巧妙地應用在 Arduino 的開發環境中。像是，有沒有可能學習如何建立更有彈性的程式架構，讓我們在未來需要升級硬體或擴展功能時，能夠更輕鬆地應對，而不是要從頭來過？又或者，書中會不會探討如何運用一些設計模式，例如單例模式、工廠模式，來優化 Arduino 的程式碼，讓它更具擴展性和可維護性？ 尤其是在處理一些較為複雜的專案時，例如需要同時讀取多個感測器的數據、控製多個馬達的運動，同時還需要透過藍牙或Wi-Fi與外部設備通訊，如果沒有一套良好的軟體設計，程式碼很快就會變得難以捉摸。這本書能否提供一些具體的指導，幫助我們在開發初期就建立起穩固的軟體基礎，避免後續開發過程中的種種問題？我真的很期待能從中學到，如何寫齣更「聰明」、更有條理的 Arduino 程式碼。

评分☆☆☆☆☆

聽聞《從軟體設計高度進行的Arduino硬體開發》這本書，讓我眼睛一亮。我過去在學習 Arduino 時，總覺得自己是在「拼湊」硬體，然後硬是把程式碼「塞」進去，很多時候感覺隻是在解決眼前的小問題，缺乏長遠的規劃。這本書的名稱，正好點齣瞭我一直以來渴望突破的瓶頸：如何更有係統、更有架構性地進行 Arduino 開發。 我很好奇，書中會不會深入探討如何為 Arduino 專案建立一套清晰的軟體架構。例如，它會不會引導我們思考如何將不同的功能模組化，讓程式碼更易於理解和維護？過去我寫的程式碼，常常是「大鍋炒」，所有東西都擠在一起，要找個 Bug 簡直像大海撈針。如果能有像「軟體工程」那樣的思維，先把架構設計好，再往裡麵填充細節，那將會是天壤之別。 而且，隨著 Arduino 的應用範圍越來越廣，從簡單的感測器數據收集，到複雜的自動化控製係統，甚至與物聯網平颱整閤，程式碼的規模和複雜度都在不斷增加。這本書能否提供一些方法，讓我們能夠更有效地管理這種複雜性？例如，會不會討論如何利用一些進階的程式設計技巧，來提升程式碼的可讀性、可重用性和可測試性？我非常期待能從這本書中學到，如何在資源有限的 Arduino 微控製器上，實現更高級別的軟體設計理念。

评分☆☆☆☆☆

這本《從軟體設計高度進行的Arduino硬體開發》，光聽書名就讓我想起我以前大學寫嵌入式係統的痛苦迴憶。那時候，根本哪懂什麼軟體設計，就是一股腦地把東西接上去，然後開始寫 C 語言，常常寫到一半就卡住，不知道是硬體問題還是程式碼寫錯。這本書感覺就是直指核心，告訴你，別再被硬體綁死瞭，先把你腦中的想法、邏輯，用軟體設計的方式梳理清楚，再來跟硬體溝通。 我很好奇，書裡會不會講到一些軟體工程裡常見的測試方法，例如單元測試、整閤測試，然後教我們怎麼把它們應用到 Arduino 這種嵌入式平颱。畢竟，我們常常寫完一段程式碼，就直接燒錄到闆子上測試，有時候問題齣現瞭，卻很難追溯是哪個環節齣瞭錯。如果能有係統地學習如何測試，肯定能省下不少時間。 而且，現在 Arduino 的應用越來越廣泛，從簡單的 LED 閃爍，到控製機器手臂、甚至是一些小型機器人，邏輯都變得越來越複雜。如果我們還停留在傳統的程序式寫法，那專案的複雜度一高，程式碼就會變得像一團亂麻，要修改、要除錯，簡直是個夢魘。這本書的「軟體設計高度」這個角度，或許能提供一套更優雅、更具擴展性的開發思維。我特別想知道，書裡會不會介紹一些狀態管理、事件驅動這類軟體架構的觀念，並且說明它們如何能讓 Arduino 的程式碼更清晰、更有條理，甚至更容易與其他係統整閤。

评分☆☆☆☆☆

這本《從軟體設計高度進行的Arduino硬體開發》聽起來完全打中我的痛點。我一直以來都是那種「先把硬體接起來，再看看程式碼怎麼寫」的開發者，很多時候，專案進行到一半，就會發現程式碼越來越難以管理，像是疊床架屋一樣。所以，聽到這本書強調的是從軟體設計齣發，我真的覺得耳目一新。 我很好奇，書中會不會探討如何將一些較為成熟的軟體設計原則，例如模組化、介麵設計，甚至是一些較為進階的設計模式（Design Patterns），應用到 Arduino 的程式碼撰寫上。想像一下，如果能把不同的功能模組化，就像樂高一樣，需要什麼就組閤什麼，那開發速度肯定會大幅提升。而且，如果能事先定義好模組之間的介麵，將來更換硬體元件時，程式碼需要修改的部分也會更少。 再者，對於一些稍微複雜的專案，例如需要處理多個感測器輸入、控製多個緻動器，並且還需要與雲端或其他設備進行通訊的場閤，程式碼的邏輯判斷和流程控製就變得非常重要。這本書若能提供一套結構化的軟體設計方法，幫助我們理清這些複雜的邏輯，讓程式碼更易讀、易懂、易維護，那絕對是無價的。我特別期待它能分享一些實際的範例，展示如何透過軟體設計的技巧，來優化 Arduino 專案的效能和穩定性。