Arduino初学完全指南 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　轻松入门的学习流程，精心规划的实战体验！ 
　　硬体介绍、电路设计/接线步骤、程式解说，独家设计跨页呈现！ 

　　1.前17个单元中介绍各式控制元件，包含各种常见的感测器(sensor)与致动器(actuator)等，根据各章介绍的元件特性，清楚解说需认识的电路与程式设计，降低学习门槛。 

　　2.书中提供Arduino UNO与Arduino Mega两种主板的电路设计图，想使用哪一种板子都可行，而主要实作单元更提供影片，可透过QR Code观看并验证实作结果。 

　　3.最后三章特别规划结合机构设计、硬体组合、程式控制、手机应用的数位卡丁虫案例，作为最后挑战的练习。此范例是为了帮助初学者能整合制作出一个完整的数位创新作品，同时体验创客精神，发挥想像力与创造力，从而打造出自己专属的作品。 

　　4.硬体介绍为左页解说、右页图片，电路设计与接线步骤为左页步骤说明、右页为接线图，程式设计为左页解说、右页程式，特别採跨页呈现方式，易读、易学、易实作！ 

　　相关学习资源：范例档／实作结果影片／数位卡丁虫3D模型档

好的，这是一本关于 微控制器编程与嵌入式系统设计 的图书的详细简介，内容完全聚焦于 非Arduino 的技术栈，并且力求详尽、专业、自然流畅。 --- 精通现代微控制器架构：基于STM32与FreeRTOS的嵌入式系统深度实践 书籍定位与目标读者 本书旨在为具有一定电子工程或计算机科学基础，渴望从入门级平台（如AVR或PIC的早期应用）迈向工业级、高性能嵌入式系统开发的工程师、高级爱好者及专业技术人员提供一本全面且深入的实践指南。我们完全聚焦于 ARM Cortex-M系列微控制器，特别是 意法半导体（STMicroelectronics）的STM32系列，并结合业界标准的实时操作系统 FreeRTOS，构建健壮、高效、可维护的嵌入式应用。 本书完全不涉及任何基于AVR架构（如Atmel/Microchip的ATmega系列）的内容，特别是与“Arduino”生态系统相关的简化库函数、特定板级支持包（BSP）或类C++的快速原型设计方法论。 第一部分：ARM Cortex-M内核与STM32硬件深度解析 (第1章 - 第4章) 本部分将系统地解构现代高性能嵌入式系统的基石——ARM Cortex-M内核及其在STM32上的具体实现。 第1章：Cortex-M内核架构与流水线 1.1 ARMv7-M/v8-M指令集概述： 聚焦于Thumb-2指令集的优势，以及定点数学运算的优化指令。 1.2 寄存器组与堆栈模型： 深入理解R0-R15、特殊寄存器（SP, LR, PC, PSR）的用途，以及MSP与PSP在特权/非特权模式下的切换机制。 1.3 中断与异常处理： 详细分析NVIC（嵌套向量中断控制器）的优先级分组（Preemption & Sub-priority）、向量表管理，以及实现零开销中断入口的硬件机制。 1.4 内存保护单元（MPU）： 如何配置MPU以实现任务隔离和内存访问权限控制，为后续引入RTOS打下基础。 第2章：STM32微控制器选型与启动流程 2.1 STM32系列矩阵分析： 对比L系列（低功耗）、F系列（主流性能）、H系列（高密度）的差异，重点分析F4、F7、H7的AHB/APB总线结构。 2.2 启动序列与初始化： 深入汇编代码层解析复位向量，系统时钟的初始化（RCC）、PLL/PLLI2S的锁定机制、闪存（Flash）预取/缓存配置，以及启动模式（Boot Modes）的选择。 2.3 存储器映射（Memory Mapping）： 理解SRAM、内部/外部Flash、外设寄存器的物理地址映射，以及总线矩阵的仲裁机制。 第3章：时钟、定时器与低功耗管理 3.1 高级时钟树配置（RCC）： 不依赖图形化工具，手写配置HSE/HSI、LSI/LSE，深入理解时钟域（Domain）的隔离与同步。 3.2 通用定时器（TIMx）深度应用： 不仅限于PWM生成，而是探讨编码器接口模式（Encoder Mode）、输入捕获（Input Capture）的去抖动滤波，以及级联定时器的同步机制。 3.3 低功耗模式实战： 精确控制Stop、Standby、Shutdown模式的唤醒源（Wakeup Source）配置，以及如何通过LSE/RTC实现精确的定时唤醒。 第4章：片上外设的寄存器级编程 4.1 通用异步收发器（UART/USART）： 寄存器级配置波特率、数据帧格式，并实现基于DMA的半双工通信协议栈框架。 4.2 模数转换器（ADC）： 探讨多通道扫描模式、注入模式的交叉触发，以及通道间延迟的精确计算与优化。 4.3 串行外设接口（SPI）的片选（CS）时序控制： 深入分析CPOL/CPHA组合，实现高速数据传输与多设备仲裁。 第二部分：嵌入式实时操作系统（FreeRTOS）的构建与应用 (第5章 - 第8章) 本部分彻底转向多任务、实时调度环境，是本书的核心技术壁垒所在，完全侧重于RTOS的原理和实践，而非简单的库调用。 第5章：RTOS核心原理与移植 5.1 实时内核基础理论： 抢占式调度、时间片轮转、任务优先级继承（Priority Inheritance）与优先级天花板（Priority Ceiling）协议的数学模型。 5.2 FreeRTOS内核结构： 任务控制块（TCB）的结构、就绪列表（Ready List）的双向链表管理，以及空闲任务（Idle Task）的职能。 5.3 移植过程的汇编级实现： 详细分析上下文切换（Context Switching）所需的汇编代码（SVC/PendSV中断服务例程），如何设置堆栈帧，以及内核钩子（Hook）函数的注入点。 第6章：任务间通信与同步机制 6.1 信号量（Semaphores）与互斥锁（Mutexes）： 区分二值信号量与计数信号量，深入剖析互斥锁的递归调用与“优先级反转”问题的检测与解决。 6.2 消息队列（Queues）的实现细节： 队列的环形缓冲区（Circular Buffer）管理，阻塞（Blocking）机制的超时处理，以及队列溢出策略。 6.3 事件组（Event Groups）与通知（Task Notifications）： 高效利用Task Notification替代轻量级信号量，实现单个任务的高效唤醒与状态同步。 第7章：集成RTOS与片上外设 7.1 中断服务程序（ISR）与RTOS的交互： 如何安全地在ISR中调用FreeRTOS API（如`xQueueSendFromISR`），以及处理延迟过程调用（Deferred Interrupt Processing）。 7.2 驱动程序重构： 将第4章中的外设初始化代码，重构为线程安全的、基于消息传递的驱动模型。例如，使用消息队列接收DMA完成通知，而非直接在ISR中处理数据。 7.3 任务栈溢出检测： 实现基于TCB的栈空间监控机制，预防不可预测的运行时崩溃。 第8章：进阶实时调度与内存管理 8.1 截止时间度量（Deadline Management）： 引入软件定时器（Software Timers）服务，以及如何评估任务的最坏执行时间（WCET）。 8.2 内存池（Memory Pool）管理： 摒弃标准的`malloc`/`free`在RTOS中的不确定性，使用FreeRTOS提供的内存分配方案（如Heap Scheme 1到5）进行性能优化和碎片化控制。 8.3 调试与性能分析： 使用Tracealyzer等工具对内核行为进行可视化分析，识别调度延迟和资源竞争点。 第三部分：网络、文件系统与高级应用集成 (第9章 - 第10章) 本部分展示如何将高性能RTOS应用部署到具有外部通信和存储需求的复杂系统中。 第9章：嵌入式网络协议栈的集成 9.1 LwIP协议栈移植与配置： 针对STM32的EMAC或外部PHY的驱动集成，配置TCP/IP协议栈的内存堆栈，实现静态/动态IP地址分配。 9.2 线程安全套接字编程： 使用FreeRTOS API封装LwIP的BSD风格套接字，确保网络I/O操作的线程安全。 9.3 工业通信协议实践： 部署和定制Modbus RTU/TCP或轻量级MQTT客户端的集成框架，侧重于状态机管理而非单一任务阻塞。 第10章：文件系统与固件管理 10.1 闪存文件系统（FATFS）： 配置SD卡接口（SDIO/SPI），实现FATFS的集成，重点解决SD卡的热插拔检测与文件缓存一致性问题。 10.2 裸金属启动器与OTA升级： 设计包含Bootloader和应用分区（Application Partition）的内存布局，实现基于安全的固件更新机制（OTA），确保升级过程中的电源中断不导致系统变砖。 --- 本书特色总结： 本书完全避开了对特定简化开发环境（如IDE中的图形化配置工具或高层抽象库）的依赖，强调工程师必须掌握从硬件手册到实时内核源码级别的全面理解。读者学到的将是面向工业控制、物联网关、高性能数据采集等领域的核心技能树。所有示例代码均使用标准C语言和CMSIS标准编写，确保代码的通用性和可移植性。

作者简介

周忠信

　　台湾软体工程学会／理事长 
　　东海大学／数位创新硕士学位学程／主任 
　　东海大学／资讯工程系／教授

01｜Arduino介绍 
1-1 Arduino 
1-2 Arduino特色 
1-3 Arduino家族 
1-4 数位创新的自造者 

02｜Arduino主板 
2-1 Arduino UNO以及Arduino Mega主板地图 
2-2 注意事项 

03｜开发环境介绍 
3-1 Arduino IDE软体开发环境 
3-2 Arduino IDE安装与设定 
3-3 Arduino 主板与IDE验证 

04｜Arduino程式介绍 
4-1 Arduino程式架构 
4-2 Arduino程式语言基本概念 
4-3 函式介绍 
4-4 范例程式与程式码解说 

05｜基本电路与IO控制实习 
5-1 实习目的 
5-2 材料介绍：LED灯、电阻与面包板 
5-3 基本电路介绍 
5-4 电路设计与连线步骤 
5-5 程式码解说 

06｜可变电阻实习 
6-1 实习目的 
6-2 材料介绍：可变电阻 
6-3 电路设计与连线步骤 
6-4 使用函式说明 
6-5 程式码解说 

07｜亮度感测器实习 
7-1 实习目的 
7-2 材料介绍：亮度感测器 
7-3 电路设计与连线步骤 
7-4 使用函式说明 
7-4 程式码解说 

08｜红外线动作感测器实习 
8-1 实习目的 
8-2 材料介绍：红外线动作感测器 
8-3 电路设计与连线步骤 
8-4 新语法介绍 
8-5 程式码解说 

09｜碰撞感测器实习 
9-1 实习目的 
9-2 材料介绍：碰撞感测器 
9-3 电路设计与连线步骤 
9-4 程式码解说 

10｜超音波距离感测器实习 
10-1 实习目的 
10-2 材料介绍：超音波距离感测器 
10-3 电路设计与连线步骤 
10-4 使用函式说明 
10-5 程式码解说 

11｜蜂鸣器实习 
11-1 实习目的 
11-2 材料介绍：蜂鸣器与公对母彩排线 
11-3 电路设计与连线步骤 
11-4 使用函式说明 
11-5 程式码解说 

12｜直流马达实习 
12-1 实习目的 
12-2 材料介绍：直流马达 
12-3 电路设计与连线步骤 
12-4 程式码解说 

13｜伺服马达实习 
13-1 实习目的 
13-2 材料介绍：伺服马达 
13-3 电路设计与连线步骤 
13-4 使用语法与函式说明 
13-5 程式码解说 

14｜按钮开关实习 
14-1 实习目的 
14-2 材料介绍：瞬时型按钮开关 
14-3 电路设计与连线步骤 
14-4 使用函式说明 
14-5 程式码解说 

15｜LCD实习 
15-1 实习目的 
15-2 材料介绍：LCD液晶模组 
15-3 电路设计与连线步骤 
15-4 第三方程式库说明 
15-5 使用函式说明 
15-6 程式码解说 

16｜蓝芽模组设定实习 
16-1 实习目的 
16-2 材料介绍：蓝芽模组 
16-3 电路设计与连线步骤 
16-4 程式码解说 
16-5 程式执行与蓝芽模组设定解说 

17｜蓝芽模组应用实习 
17-1 实习目的 
17-2 电路设计步骤图 
17-3 Arduino GO 
17-4 程式码解说 

18｜数位卡丁虫架构设计 
18-1 实习目的 
18-2 数位卡丁虫解剖 
18-3 双脚运动原理 
18-4 数位卡丁虫的材料说明 
18-5 数位卡丁虫架构设计 

19｜数位卡丁虫电路设计 
19-1 Arduino Nano主板地图 
19-2 电路设计与连线步骤 

20｜数位卡丁虫程式设计 
20-1 大脑逻辑解析 
20-2 程式码解说 

APPENDIX｜材料统计

序

　　近年来，随着物联网、智慧家庭、智慧制造、以及智慧农业等新需求的出现，运用数位科技实践创新，显然是未来的主要趋势。而Arduino的简易软硬体架构特性，正可以做为跨界数位创新的最佳学习材料。为帮助各领域读者可以快速学会Arduino，本书内容共设计二十章。读者即使无程式设计经验，或未具备任何电子电路知识，也可以透过本书逐步上手。 

　　本书前十七章主要在介绍各式控制元件， 包含各种常见的感测器(sensor) 与致动器(actuator) 等。各章节会根据该章介绍的元件特性，介绍所需认识的电路与程式设计，从而提高学习乐趣并降低学习门槛。本书各章同时也提供短片，读者可以透过手机观看并验证实作结果。 

　　另外，为了帮助读者最终能够制作出一个完整的数位创新作品，同时体验创客精神，本书最后三章特别发展出一个必须自行设计机构、电路、以及运动与控制程式的对象，称为「数位卡丁虫」。其中，数位卡丁虫的机构设计与制作，可以进一步与3D列印结合。透过本书介绍，读者可以发挥想像力与创造力，从而打造出自己专属的数位卡丁虫。 

评分☆☆☆☆☆

自从我入手了这本《Arduino初学完全指南》，感觉整个周末的时间都被“承包”了！以前周末可能就是看看电影、刷刷手机，现在我更喜欢窝在书桌前，跟着书里的教程一步一步完成各种小项目。这本书的好处在于，它不仅仅是教你“怎么做”，更重要的是让你明白“为什么这么做”。例如，在讲到如何读取传感器数据时，它会解释传感器的工作原理，以及为什么需要特定的读取方式。这种深入浅出的讲解方式，让我不仅仅是复制粘贴代码，而是真正理解了背后的逻辑。 我特别喜欢它里面有一个章节，是关于如何利用Arduino与其他设备进行通信的，比如蓝牙模块。当时我看到这个部分，觉得这已经超出了“初学”的范畴了，但作者的讲解却异常清晰，一步一步地引导我完成连接和调试。最终，我成功用手机控制了家里的LED灯，那一刻的喜悦，真是难以言喻！这本书让我觉得，学习Arduino不再是枯燥的技术学习，而是一场充满惊喜的探索之旅，让我不断挑战自己的极限，发现自己的潜力。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对编程一直都抱着一种“高高在上”的看法，觉得那是程序员的专属技能，跟我的生活八竿子打不着。但这本书彻底颠覆了我的认知！它通过非常贴近生活的例子，比如做一个“自动浇花系统”或者“防盗报警器”，让我看到了Arduino的实际应用价值，也让我意识到，只要掌握了基本原理，我们也能创造出很多有趣又实用的东西。最让我惊喜的是，书中对于一些比较复杂的概念，比如PWM（脉冲宽度调制）或者中断，也做了非常生动形象的比喻，让我这个“文科生”也能轻松理解，不再是冷冰冰的技术术语。 而且，这本书的排版和插图也是我非常喜欢的一点。每一页都设计得简洁明了，重点突出，不会让人觉得眼花缭乱。那些示意图画得非常清晰， even for someone with zero hardware experience like me, I could easily follow along and connect the wires correctly. It’s like having a patient teacher right beside you, guiding you through every step. This visual approach significantly reduced my initial intimidation towards the hardware aspect of Arduino projects.

评分☆☆☆☆☆

这本《Arduino初学完全指南》真的是让我这个从来没碰过电子零件的“科技小白”都找回了当年的学习热情！一开始拿到书，看到满满的电路图和代码，我都有点打退堂鼓，毕竟我的电子知识大概停留在高中物理课的程度，而且那时候也是一知半解。但翻开书的前几页，作者真的非常细心地从最基本的概念讲起，像是什么是Arduino、它有哪些组成部分、为什么要用它来做项目等等，这些基础介绍一点都不枯燥，反而充满了趣味性，让我觉得原来电子世界并没有那么遥不可及。 接着，它循序渐进地介绍了很多实用的基础知识，像是怎么连接不同的传感器，像是光敏电阻、温湿度传感器，还有怎么控制LED灯的亮度和闪烁频率。我记得我最先尝试的就是书里教的“让LED灯呼吸”的那个小项目，第一次成功让灯光由暗变亮再由亮变暗的时候，那种成就感真的无法言喻！书里的代码讲解也很清晰，它不只给出代码，还会解释每一行代码的作用，让我知道“为什么”要这么写，而不是死记硬背。而且，它还提供了很多可以直接复制粘贴的代码示例，这对于初学者来说简直是福音，可以让我们快速上手，然后慢慢去理解和修改。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我最开始买这本书的时候，心里还是有点忐忑的，毕竟“指南”两个字听起来就好像是那种厚重、难懂的教材。但《Arduino初学完全指南》完全没有给我这种感觉，反倒像是一个非常友善、耐心的老师，一点一点地把我带进了Arduino的世界。它从最基础的搭建电路、安装开发环境开始，到编写第一个“Hello, World!”程序，每一个步骤都讲解得非常详细，而且配有大量的图示，让我这个机械白痴也能轻松跟上。 让我印象最深刻的是，它在讲解一些稍微复杂的概念时，比如如何使用各种传感器来测量环境参数，并没有直接抛出复杂的公式，而是通过实际的项目来引导，比如制作一个“温湿度监测器”。在完成这个项目后，我不仅学会了如何连接和读取温湿度传感器，更重要的是理解了这些数据是如何被处理和显示的。这种“做中学”的方式，让我觉得学习过程既有效率，又充满乐趣，不像是在“死记硬背”理论知识，而是真正地在“创造”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的妙处就在于，它能把原本看起来很“硬核”的电子技术，变得像玩乐高一样有趣。我之前一直以为Arduino是给那种“技术宅”玩的，但这本书让我发现，即便是像我这样对电子完全不了解的女生，也能玩得转。书中有很多小巧思，比如在解释电容和电阻的时候，会用生活中的例子来类比，让这些抽象的概念瞬间变得形象起来。而且，它还提供了很多可以实际操作的例子，不是那种纸上谈兵的理论，而是真正可以动手实践的。 我最印象深刻的是，书里有个章节教大家怎么制作一个简单的机器人手臂。当时我看着那些零件，觉得肯定很难，但跟着书里的图文说明，一步一步地组装，竟然真的成功了！那个小小的机器人手臂可以做出简单的挥舞动作，虽然很简单，但那种从无到有的创造感，真的让我兴奋了好几天。这本书给我带来的不只是知识，更是自信，让我觉得我可以学会任何我想学的东西。