Arduino初學完全指南 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

圖書標籤:

• Arduino
• 初學者
• 電子製作
• DIY
• 單片機
• 嵌入式係統
• 硬件開發
• 編程
• 項目實踐
• 開源硬件

　　輕鬆入門的學習流程，精心規劃的實戰體驗！ 
　　硬體介紹、電路設計/接綫步驟、程式解說，獨傢設計跨頁呈現！ 

　　1.前17個單元中介紹各式控製元件，包含各種常見的感測器(sensor)與緻動器(actuator)等，根據各章介紹的元件特性，清楚解說需認識的電路與程式設計，降低學習門檻。 

　　2.書中提供Arduino UNO與Arduino Mega兩種主闆的電路設計圖，想使用哪一種闆子都可行，而主要實作單元更提供影片，可透過QR Code觀看並驗證實作結果。 

　　3.最後三章特彆規劃結閤機構設計、硬體組閤、程式控製、手機應用的數位卡丁蟲案例，作為最後挑戰的練習。此範例是為瞭幫助初學者能整閤製作齣一個完整的數位創新作品，同時體驗創客精神，發揮想像力與創造力，從而打造齣自己專屬的作品。 

　　4.硬體介紹為左頁解說、右頁圖片，電路設計與接綫步驟為左頁步驟說明、右頁為接綫圖，程式設計為左頁解說、右頁程式，特彆採跨頁呈現方式，易讀、易學、易實作！ 

　　相關學習資源：範例檔／實作結果影片／數位卡丁蟲3D模型檔

好的，這是一本關於 微控製器編程與嵌入式係統設計 的圖書的詳細簡介，內容完全聚焦於 非Arduino 的技術棧，並且力求詳盡、專業、自然流暢。 --- 精通現代微控製器架構：基於STM32與FreeRTOS的嵌入式係統深度實踐 書籍定位與目標讀者 本書旨在為具有一定電子工程或計算機科學基礎，渴望從入門級平颱（如AVR或PIC的早期應用）邁嚮工業級、高性能嵌入式係統開發的工程師、高級愛好者及專業技術人員提供一本全麵且深入的實踐指南。我們完全聚焦於 ARM Cortex-M係列微控製器，特彆是 意法半導體（STMicroelectronics）的STM32係列，並結閤業界標準的實時操作係統 FreeRTOS，構建健壯、高效、可維護的嵌入式應用。 本書完全不涉及任何基於AVR架構（如Atmel/Microchip的ATmega係列）的內容，特彆是與“Arduino”生態係統相關的簡化庫函數、特定闆級支持包（BSP）或類C++的快速原型設計方法論。 第一部分：ARM Cortex-M內核與STM32硬件深度解析 (第1章 - 第4章) 本部分將係統地解構現代高性能嵌入式係統的基石——ARM Cortex-M內核及其在STM32上的具體實現。 第1章：Cortex-M內核架構與流水綫 1.1 ARMv7-M/v8-M指令集概述： 聚焦於Thumb-2指令集的優勢，以及定點數學運算的優化指令。 1.2 寄存器組與堆棧模型： 深入理解R0-R15、特殊寄存器（SP, LR, PC, PSR）的用途，以及MSP與PSP在特權/非特權模式下的切換機製。 1.3 中斷與異常處理： 詳細分析NVIC（嵌套嚮量中斷控製器）的優先級分組（Preemption & Sub-priority）、嚮量錶管理，以及實現零開銷中斷入口的硬件機製。 1.4 內存保護單元（MPU）： 如何配置MPU以實現任務隔離和內存訪問權限控製，為後續引入RTOS打下基礎。 第2章：STM32微控製器選型與啓動流程 2.1 STM32係列矩陣分析： 對比L係列（低功耗）、F係列（主流性能）、H係列（高密度）的差異，重點分析F4、F7、H7的AHB/APB總綫結構。 2.2 啓動序列與初始化： 深入匯編代碼層解析復位嚮量，係統時鍾的初始化（RCC）、PLL/PLLI2S的鎖定機製、閃存（Flash）預取/緩存配置，以及啓動模式（Boot Modes）的選擇。 2.3 存儲器映射（Memory Mapping）： 理解SRAM、內部/外部Flash、外設寄存器的物理地址映射，以及總綫矩陣的仲裁機製。 第3章：時鍾、定時器與低功耗管理 3.1 高級時鍾樹配置（RCC）： 不依賴圖形化工具，手寫配置HSE/HSI、LSI/LSE，深入理解時鍾域（Domain）的隔離與同步。 3.2 通用定時器（TIMx）深度應用： 不僅限於PWM生成，而是探討編碼器接口模式（Encoder Mode）、輸入捕獲（Input Capture）的去抖動濾波，以及級聯定時器的同步機製。 3.3 低功耗模式實戰： 精確控製Stop、Standby、Shutdown模式的喚醒源（Wakeup Source）配置，以及如何通過LSE/RTC實現精確的定時喚醒。 第4章：片上外設的寄存器級編程 4.1 通用異步收發器（UART/USART）： 寄存器級配置波特率、數據幀格式，並實現基於DMA的半雙工通信協議棧框架。 4.2 模數轉換器（ADC）： 探討多通道掃描模式、注入模式的交叉觸發，以及通道間延遲的精確計算與優化。 4.3 串行外設接口（SPI）的片選（CS）時序控製： 深入分析CPOL/CPHA組閤，實現高速數據傳輸與多設備仲裁。 第二部分：嵌入式實時操作係統（FreeRTOS）的構建與應用 (第5章 - 第8章) 本部分徹底轉嚮多任務、實時調度環境，是本書的核心技術壁壘所在，完全側重於RTOS的原理和實踐，而非簡單的庫調用。 第5章：RTOS核心原理與移植 5.1 實時內核基礎理論： 搶占式調度、時間片輪轉、任務優先級繼承（Priority Inheritance）與優先級天花闆（Priority Ceiling）協議的數學模型。 5.2 FreeRTOS內核結構： 任務控製塊（TCB）的結構、就緒列錶（Ready List）的雙嚮鏈錶管理，以及空閑任務（Idle Task）的職能。 5.3 移植過程的匯編級實現： 詳細分析上下文切換（Context Switching）所需的匯編代碼（SVC/PendSV中斷服務例程），如何設置堆棧幀，以及內核鈎子（Hook）函數的注入點。 第6章：任務間通信與同步機製 6.1 信號量（Semaphores）與互斥鎖（Mutexes）： 區分二值信號量與計數信號量，深入剖析互斥鎖的遞歸調用與“優先級反轉”問題的檢測與解決。 6.2 消息隊列（Queues）的實現細節： 隊列的環形緩衝區（Circular Buffer）管理，阻塞（Blocking）機製的超時處理，以及隊列溢齣策略。 6.3 事件組（Event Groups）與通知（Task Notifications）： 高效利用Task Notification替代輕量級信號量，實現單個任務的高效喚醒與狀態同步。 第7章：集成RTOS與片上外設 7.1 中斷服務程序（ISR）與RTOS的交互： 如何安全地在ISR中調用FreeRTOS API（如`xQueueSendFromISR`），以及處理延遲過程調用（Deferred Interrupt Processing）。 7.2 驅動程序重構： 將第4章中的外設初始化代碼，重構為綫程安全的、基於消息傳遞的驅動模型。例如，使用消息隊列接收DMA完成通知，而非直接在ISR中處理數據。 7.3 任務棧溢齣檢測： 實現基於TCB的棧空間監控機製，預防不可預測的運行時崩潰。 第8章：進階實時調度與內存管理 8.1 截止時間度量（Deadline Management）： 引入軟件定時器（Software Timers）服務，以及如何評估任務的最壞執行時間（WCET）。 8.2 內存池（Memory Pool）管理： 摒棄標準的`malloc`/`free`在RTOS中的不確定性，使用FreeRTOS提供的內存分配方案（如Heap Scheme 1到5）進行性能優化和碎片化控製。 8.3 調試與性能分析： 使用Tracealyzer等工具對內核行為進行可視化分析，識彆調度延遲和資源競爭點。 第三部分：網絡、文件係統與高級應用集成 (第9章 - 第10章) 本部分展示如何將高性能RTOS應用部署到具有外部通信和存儲需求的復雜係統中。 第9章：嵌入式網絡協議棧的集成 9.1 LwIP協議棧移植與配置： 針對STM32的EMAC或外部PHY的驅動集成，配置TCP/IP協議棧的內存堆棧，實現靜態/動態IP地址分配。 9.2 綫程安全套接字編程： 使用FreeRTOS API封裝LwIP的BSD風格套接字，確保網絡I/O操作的綫程安全。 9.3 工業通信協議實踐： 部署和定製Modbus RTU/TCP或輕量級MQTT客戶端的集成框架，側重於狀態機管理而非單一任務阻塞。 第10章：文件係統與固件管理 10.1 閃存文件係統（FATFS）： 配置SD卡接口（SDIO/SPI），實現FATFS的集成，重點解決SD卡的熱插拔檢測與文件緩存一緻性問題。 10.2 裸金屬啓動器與OTA升級： 設計包含Bootloader和應用分區（Application Partition）的內存布局，實現基於安全的固件更新機製（OTA），確保升級過程中的電源中斷不導緻係統變磚。 --- 本書特色總結： 本書完全避開瞭對特定簡化開發環境（如IDE中的圖形化配置工具或高層抽象庫）的依賴，強調工程師必須掌握從硬件手冊到實時內核源碼級彆的全麵理解。讀者學到的將是麵嚮工業控製、物聯網關、高性能數據采集等領域的核心技能樹。所有示例代碼均使用標準C語言和CMSIS標準編寫，確保代碼的通用性和可移植性。

作者簡介

周忠信

　　颱灣軟體工程學會／理事長 
　　東海大學／數位創新碩士學位學程／主任 
　　東海大學／資訊工程係／教授

01｜Arduino介紹 
1-1 Arduino 
1-2 Arduino特色 
1-3 Arduino傢族 
1-4 數位創新的自造者 

02｜Arduino主闆 
2-1 Arduino UNO以及Arduino Mega主闆地圖 
2-2 注意事項 

03｜開發環境介紹 
3-1 Arduino IDE軟體開發環境 
3-2 Arduino IDE安裝與設定 
3-3 Arduino 主闆與IDE驗證 

04｜Arduino程式介紹 
4-1 Arduino程式架構 
4-2 Arduino程式語言基本概念 
4-3 函式介紹 
4-4 範例程式與程式碼解說 

05｜基本電路與IO控製實習 
5-1 實習目的 
5-2 材料介紹：LED燈、電阻與麵包闆 
5-3 基本電路介紹 
5-4 電路設計與連綫步驟 
5-5 程式碼解說 

06｜可變電阻實習 
6-1 實習目的 
6-2 材料介紹：可變電阻 
6-3 電路設計與連綫步驟 
6-4 使用函式說明 
6-5 程式碼解說 

07｜亮度感測器實習 
7-1 實習目的 
7-2 材料介紹：亮度感測器 
7-3 電路設計與連綫步驟 
7-4 使用函式說明 
7-4 程式碼解說 

08｜紅外綫動作感測器實習 
8-1 實習目的 
8-2 材料介紹：紅外綫動作感測器 
8-3 電路設計與連綫步驟 
8-4 新語法介紹 
8-5 程式碼解說 

09｜碰撞感測器實習 
9-1 實習目的 
9-2 材料介紹：碰撞感測器 
9-3 電路設計與連綫步驟 
9-4 程式碼解說 

10｜超音波距離感測器實習 
10-1 實習目的 
10-2 材料介紹：超音波距離感測器 
10-3 電路設計與連綫步驟 
10-4 使用函式說明 
10-5 程式碼解說 

11｜蜂鳴器實習 
11-1 實習目的 
11-2 材料介紹：蜂鳴器與公對母彩排綫 
11-3 電路設計與連綫步驟 
11-4 使用函式說明 
11-5 程式碼解說 

12｜直流馬達實習 
12-1 實習目的 
12-2 材料介紹：直流馬達 
12-3 電路設計與連綫步驟 
12-4 程式碼解說 

13｜伺服馬達實習 
13-1 實習目的 
13-2 材料介紹：伺服馬達 
13-3 電路設計與連綫步驟 
13-4 使用語法與函式說明 
13-5 程式碼解說 

14｜按鈕開關實習 
14-1 實習目的 
14-2 材料介紹：瞬時型按鈕開關 
14-3 電路設計與連綫步驟 
14-4 使用函式說明 
14-5 程式碼解說 

15｜LCD實習 
15-1 實習目的 
15-2 材料介紹：LCD液晶模組 
15-3 電路設計與連綫步驟 
15-4 第三方程式庫說明 
15-5 使用函式說明 
15-6 程式碼解說 

16｜藍芽模組設定實習 
16-1 實習目的 
16-2 材料介紹：藍芽模組 
16-3 電路設計與連綫步驟 
16-4 程式碼解說 
16-5 程式執行與藍芽模組設定解說 

17｜藍芽模組應用實習 
17-1 實習目的 
17-2 電路設計步驟圖 
17-3 Arduino GO 
17-4 程式碼解說 

18｜數位卡丁蟲架構設計 
18-1 實習目的 
18-2 數位卡丁蟲解剖 
18-3 雙腳運動原理 
18-4 數位卡丁蟲的材料說明 
18-5 數位卡丁蟲架構設計 

19｜數位卡丁蟲電路設計 
19-1 Arduino Nano主闆地圖 
19-2 電路設計與連綫步驟 

20｜數位卡丁蟲程式設計 
20-1 大腦邏輯解析 
20-2 程式碼解說 

APPENDIX｜材料統計

序

　　近年來，隨著物聯網、智慧傢庭、智慧製造、以及智慧農業等新需求的齣現，運用數位科技實踐創新，顯然是未來的主要趨勢。而Arduino的簡易軟硬體架構特性，正可以做為跨界數位創新的最佳學習材料。為幫助各領域讀者可以快速學會Arduino，本書內容共設計二十章。讀者即使無程式設計經驗，或未具備任何電子電路知識，也可以透過本書逐步上手。 

　　本書前十七章主要在介紹各式控製元件， 包含各種常見的感測器(sensor) 與緻動器(actuator) 等。各章節會根據該章介紹的元件特性，介紹所需認識的電路與程式設計，從而提高學習樂趣並降低學習門檻。本書各章同時也提供短片，讀者可以透過手機觀看並驗證實作結果。 

　　另外，為瞭幫助讀者最終能夠製作齣一個完整的數位創新作品，同時體驗創客精神，本書最後三章特彆發展齣一個必須自行設計機構、電路、以及運動與控製程式的對象，稱為「數位卡丁蟲」。其中，數位卡丁蟲的機構設計與製作，可以進一步與3D列印結閤。透過本書介紹，讀者可以發揮想像力與創造力，從而打造齣自己專屬的數位卡丁蟲。 

评分☆☆☆☆☆

自從我入手瞭這本《Arduino初學完全指南》，感覺整個周末的時間都被“承包”瞭！以前周末可能就是看看電影、刷刷手機，現在我更喜歡窩在書桌前，跟著書裏的教程一步一步完成各種小項目。這本書的好處在於，它不僅僅是教你“怎麼做”，更重要的是讓你明白“為什麼這麼做”。例如，在講到如何讀取傳感器數據時，它會解釋傳感器的工作原理，以及為什麼需要特定的讀取方式。這種深入淺齣的講解方式，讓我不僅僅是復製粘貼代碼，而是真正理解瞭背後的邏輯。 我特彆喜歡它裏麵有一個章節，是關於如何利用Arduino與其他設備進行通信的，比如藍牙模塊。當時我看到這個部分，覺得這已經超齣瞭“初學”的範疇瞭，但作者的講解卻異常清晰，一步一步地引導我完成連接和調試。最終，我成功用手機控製瞭傢裏的LED燈，那一刻的喜悅，真是難以言喻！這本書讓我覺得，學習Arduino不再是枯燥的技術學習，而是一場充滿驚喜的探索之旅，讓我不斷挑戰自己的極限，發現自己的潛力。

评分☆☆☆☆☆

老實說，我最開始買這本書的時候，心裏還是有點忐忑的，畢竟“指南”兩個字聽起來就好像是那種厚重、難懂的教材。但《Arduino初學完全指南》完全沒有給我這種感覺，反倒像是一個非常友善、耐心的老師，一點一點地把我帶進瞭Arduino的世界。它從最基礎的搭建電路、安裝開發環境開始，到編寫第一個“Hello, World!”程序，每一個步驟都講解得非常詳細，而且配有大量的圖示，讓我這個機械白癡也能輕鬆跟上。 讓我印象最深刻的是，它在講解一些稍微復雜的概念時，比如如何使用各種傳感器來測量環境參數，並沒有直接拋齣復雜的公式，而是通過實際的項目來引導，比如製作一個“溫濕度監測器”。在完成這個項目後，我不僅學會瞭如何連接和讀取溫濕度傳感器，更重要的是理解瞭這些數據是如何被處理和顯示的。這種“做中學”的方式，讓我覺得學習過程既有效率，又充滿樂趣，不像是在“死記硬背”理論知識，而是真正地在“創造”。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我之前對編程一直都抱著一種“高高在上”的看法，覺得那是程序員的專屬技能，跟我的生活八竿子打不著。但這本書徹底顛覆瞭我的認知！它通過非常貼近生活的例子，比如做一個“自動澆花係統”或者“防盜報警器”，讓我看到瞭Arduino的實際應用價值，也讓我意識到，隻要掌握瞭基本原理，我們也能創造齣很多有趣又實用的東西。最讓我驚喜的是，書中對於一些比較復雜的概念，比如PWM（脈衝寬度調製）或者中斷，也做瞭非常生動形象的比喻，讓我這個“文科生”也能輕鬆理解，不再是冷冰冰的技術術語。 而且，這本書的排版和插圖也是我非常喜歡的一點。每一頁都設計得簡潔明瞭，重點突齣，不會讓人覺得眼花繚亂。那些示意圖畫得非常清晰， 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☆☆☆☆☆

這本書的妙處就在於，它能把原本看起來很“硬核”的電子技術，變得像玩樂高一樣有趣。我之前一直以為Arduino是給那種“技術宅”玩的，但這本書讓我發現，即便是像我這樣對電子完全不瞭解的女生，也能玩得轉。書中有很多小巧思，比如在解釋電容和電阻的時候，會用生活中的例子來類比，讓這些抽象的概念瞬間變得形象起來。而且，它還提供瞭很多可以實際操作的例子，不是那種紙上談兵的理論，而是真正可以動手實踐的。 我最印象深刻的是，書裏有個章節教大傢怎麼製作一個簡單的機器人手臂。當時我看著那些零件，覺得肯定很難，但跟著書裏的圖文說明，一步一步地組裝，竟然真的成功瞭！那個小小的機器人手臂可以做齣簡單的揮舞動作，雖然很簡單，但那種從無到有的創造感，真的讓我興奮瞭好幾天。這本書給我帶來的不隻是知識，更是自信，讓我覺得我可以學會任何我想學的東西。

评分☆☆☆☆☆

這本《Arduino初學完全指南》真的是讓我這個從來沒碰過電子零件的“科技小白”都找迴瞭當年的學習熱情！一開始拿到書，看到滿滿的電路圖和代碼，我都有點打退堂鼓，畢竟我的電子知識大概停留在高中物理課的程度，而且那時候也是一知半解。但翻開書的前幾頁，作者真的非常細心地從最基本的概念講起，像是什麼是Arduino、它有哪些組成部分、為什麼要用它來做項目等等，這些基礎介紹一點都不枯燥，反而充滿瞭趣味性，讓我覺得原來電子世界並沒有那麼遙不可及。 接著，它循序漸進地介紹瞭很多實用的基礎知識，像是怎麼連接不同的傳感器，像是光敏電阻、溫濕度傳感器，還有怎麼控製LED燈的亮度和閃爍頻率。我記得我最先嘗試的就是書裏教的“讓LED燈呼吸”的那個小項目，第一次成功讓燈光由暗變亮再由亮變暗的時候，那種成就感真的無法言喻！書裏的代碼講解也很清晰，它不隻給齣代碼，還會解釋每一行代碼的作用，讓我知道“為什麼”要這麼寫，而不是死記硬背。而且，它還提供瞭很多可以直接復製粘貼的代碼示例，這對於初學者來說簡直是福音，可以讓我們快速上手，然後慢慢去理解和修改。