Arduino實作入門與專題應用

Arduino實作入門與專題應用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

陳明熒
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具体描述

建立自己的Arduino實驗平台,玩出自己的精彩創意及實作

  [深入淺出]引導初學者以Uno做Arduino實驗及DIY最小硬體實驗板
  [動手實作]自己焊接萬用板、遙控車實驗及Android手機遙控車專題製作
  [技術探討]紅外線遙控器解碼、波形分析、學習及發射並結合中文聲控實驗
  [專題活用]Arduino各項實驗可用於專題製作,學生專題製作有方向可循

  作者累積多年來的C語言設計及教學經驗,設計出Arduino實作入門參考書,提供初學者如何使用系統做出自己喜歡的實驗,也讓有經驗的工程師,藉由本書內容了解如何使用系統來幫助自己更有效率的開發應用專案。

  精彩內容
  ❑引導初學者以Uno輕鬆做Arduino實驗。
  ❑以Uno板子當做開發板,自動下載程式,快速驗證程式功能。
  ❑介紹DIY最小硬體實驗板做更多穩定的控制器開發或產品原型機。
  ❑引導初學者動手實際焊接實驗板做專題製作及產品原型機展示。
  ❑Arduino基本I/O實驗,包括七節顯示器、按鍵掃描、串列介面、繼電器及音樂控制實驗。
  ❑Arduino LCD介面、A/D、D/A、紅外線遙控器、伺服機介面實驗。
  ❑Arduino感知器實驗,包括溫濕度量測、人體移動 、超音波測距、磁簧開關、振動開關、水滴土壤濕度、瓦斯煙霧濃度偵測實驗。
  ❑Arduino紅外線遙控車、Android手機遙控車實驗。
  ❑Arduino說中文、控制紅外線學習模組L51、控制中文聲控模組VI。
  ❑Arduino控制史賓機器人、射飛鏢機器人、遙控風扇、您家電視實驗。
  ❑Arduino聲控車、聲控射飛鏢機器人、聲控風扇、聲控您家電視實驗。
 
好的,这是一本关于嵌入式系统设计与物联网(IoT)应用开发的专业技术书籍的简介,内容聚焦于现代电子工程和编程实践的交叉领域,完全不涉及Arduino平台。 --- 《STM32微控制器高级编程与嵌入式Linux驱动开发实战》 书籍简介 本书深度聚焦于高性能嵌入式系统的核心技术——基于ARM Cortex-M系列微控制器(尤其是STM32系列)的底层驱动开发,并无缝衔接至基于ARM Cortex-A架构(如树莓派、Jetson Nano)的嵌入式Linux操作系统下的应用与驱动层面的构建。全书旨在为具备一定C/C++基础的电子工程师、软件开发者和高阶电子爱好者,提供一套从硬件初始化到复杂系统集成的完整、实战导向的学习路径。 第一部分:STM32高性能微控制器深度解析与裸机编程(Cortex-M系列) 本部分将彻底剖析STMicroelectronics的STM32系列微控制器架构,从寄存器级别深入理解其工作原理,彻底摆脱对高级HAL库的依赖,培养直接操作硬件的能力。 章节要点概览: 1. Cortex-M内核与启动流程: 详细解析Cortex-M3/M4内核的流水线、寄存器集、堆栈管理(MSP/PSP)以及启动代码(Startup Code)的汇编级执行流程。重点讲解启动文件的定制与链接脚本(Linker Script, `.ld`文件)的编写,确保程序正确映射到内部Flash和SRAM。 2. 时钟树与电源管理精细控制: 深入讲解RCC(Reset and Clock Control)模块,包括HSE/HSI/PLL的配置,如何实现跨频域的稳定时钟分配。探讨低功耗模式(Stop, Standby, Shutdown)的精确进入与唤醒机制,适用于电池供电设备的能效优化。 3. 高级定时器与实时控制: 重点讲解通用定时器(TIMx)的高级功能,如互补PWM输出、死区生成、编码器接口模式。此外,还将详述SysTick和基本定时器的中断优先级与嵌套配置,为实时操作系统(RTOS)的调度打下坚实基础。 4. DMA控制器深度应用: 讲解DMA(Direct Memory Access)的原理,包括固定优先级、循环模式、中断通知等。通过实战案例,如高速ADC数据采集、外设间数据搬运(如UART到RAM,或RAM到SPI),实现零CPU干预下的数据流传输。 5. 复杂外设驱动的零依赖实现: 针对SPI、I2C、CAN等通信协议,不再使用标准库,而是基于数据手册(Datasheet)和参考手册(Reference Manual),手动配置寄存器来完成初始化、发送和接收流程,增强对总线时序的理解。 6. USB Device与主机模式的驱动实现: 详细阐述STM32的USB OTG FS/HS模块,从端点(Endpoint)的描述符配置、FIFO管理到中断处理,实现自定义的CDC(虚拟串口)或HID设备驱动。 --- 第二部分:实时操作系统(RTOS)与并发编程实践(FreeRTOS/RT-Thread) 本部分将系统地介绍嵌入式实时操作系统的核心概念,并以业界主流的FreeRTOS为例,展示如何构建多任务、高可靠性的嵌入式应用。 章节要点概览: 1. RTOS核心概念与任务管理: 深入理解任务(Task)、上下文切换、任务控制块(TCB)、以及就绪列表和阻塞列表的运作机制。 2. 时间管理与同步机制: 详细讲解信号量(Semaphore)、互斥锁(Mutex)的正确使用场景,以及消息队列(Message Queue)在任务间安全通信中的作用,重点分析死锁(Deadlock)的识别与预防。 3. 内存管理与堆栈溢出检测: 分析RTOS提供的内存池(Memory Pool)机制,以及如何配置和使用Heap Management Scheme(如`heap_4.c`),并实现任务堆栈使用率的动态监测。 4. 中断服务程序(ISR)与RTOS的交互: 规范ISR的设计,确保其尽可能短小,并将耗时操作通过中断安全的方式(如使用FromISR API)通知上层任务处理。 5. 移植与优化: 讲解如何为自定义的STM32硬件平台正确地移植和配置RTOS内核,包括Tick的生成和PendSV中断的配置。 --- 第三部分:嵌入式Linux应用开发与驱动层基础(Cortex-A架构衔接) 本部分将视角提升至运行完整操作系统的嵌入式平台,讲解如何在Linux环境下进行系统级编程和底层硬件交互。 章节要点概览: 1. 嵌入式Linux系统结构与启动流程: 解析U-Boot、Kernel、RootFS的基本组成,理解从硬件复位到用户空间启动的完整链条。 2. 用户空间(User Space)高效编程: 掌握Linux下的系统调用(`open`, `read`, `write`, `ioctl`),并使用内存映射(mmap)技术实现用户空间对物理内存区域的高速访问。 3. 内核空间基础:字符设备驱动(Character Device Drivers): 详细介绍Linux设备模型,从模块的加载/卸载开始,编写第一个经典的“Hello World”字符设备驱动。重点讲解`cdev`结构体、文件操作结构体(`file_operations`)的实现。 4. Linux下I/O控制(ioctl)的实现: 学习如何设计和实现自定义的`ioctl`命令,实现用户程序与内核驱动之间的复杂控制和数据交换。 5. 中断处理与上下文切换: 讲解内核驱动中请求(Request)和释放(Free)中断资源的方法,以及内核中禁止抢占(Preemption)的机制,确保驱动程序的正确性和稳定性。 6. 设备树(Device Tree)基础: 理解DTB(Device Tree Blob)的作用,学习如何阅读和编写`.dts`文件来描述SoC外部的硬件资源(如I2C总线上的传感器地址、GPIO的复用配置),这是现代嵌入式Linux系统硬件初始化的标准范式。 --- 目标读者: 电子工程、自动化、计算机科学相关专业的学生和研究人员。 希望从“使用”库升级到“编写”库的固件工程师。 需要掌握底层硬件控制和操作系统交互的系统级开发者。 本书特色: 本书摒弃了大量简单的“点灯”示例,所有代码均基于官方参考手册和底层寄存器操作,提供一套从零开始构建工业级嵌入式软件栈的方法论,确保读者不仅知道“如何做”,更能理解“为何要这样做”。覆盖了从裸机硬核编程到复杂Linux驱动开发的完整技术栈,是迈向高级嵌入式架构师的必备参考书。

著者信息

作者簡介

陳明熒


  ◎系統研發工程師3年
  ◎成功大學電機所碩士班畢業
  ◎技術學院電子系講師15年
  ◎20年單晶片程式設計經驗
  ◎研究專長為語音辨認、單晶片專利產品開發
  ◎目前擔任偉克多微電腦工作室開發顧問,擁有台灣4項聲控產品專利,致力於聲控技術應用研發及相關應用教材設計
 

图书目录

CHAPTER01_認識Arduino
1-1 Arduino快速軟硬體設計工具
1-2 Arduino開發板硬體架構
1-3 需要的開發板及實驗方式
1-4 安裝開發環境及使用
1-5 安裝開發板驅動程式
1-6 習題

CHAPTER02_應用Arduino開發環境
2-1 內建範例研究
2-2 建立基本測試程式平台
2-3 最小硬體功能擴充
2-4 善用C移植性開發程式
2-5 建立LCD功能開發平台
2-6 建立遙控裝置功能開發平台
2-7 習題

CHAPTER03_認識Arduino C語言
3-1 C語言的特色
3-2 C程式架構
3-3 Arduino程式架構
3-4 C語言變數及保留字
3-5 資料的型態
3-6 常數的宣告
3-7 基本算術運算
3-8 資料型態的轉換
3-9 基本運算子
3-10 流程控制
3-11 陣列
3-12 函數的使用
3-13 前端處理指令
3-14 習題

CHAPTER04_基本I/O控制
4-1 延遲時間控制
4-2 單板上工作指示LED
4-3 走馬燈控制一
4-4 走馬燈控制二
4-5 壓電喇叭測試
4-6 按鍵輸入
4-7 七節顯示器控制
4-8 繼電器控制介面
4-9 習題

CHAPTER05_串列介面控制
5-1 串列資料傳送原理
5-2 RS232串列介面介紹
5-3 Arduino串列介面
5-4 Arduino傳資料到電腦
5-5 Arduino串列輸出格式
5-6 Arduino接收資料控制LED燈
5-7 Arduino串列介面輸出亂數
5-8 習題

CHAPTER06_LCD介面控制
6-1 LCD介紹
6-2 LCD介面設計
6-3 LCD顯示器測試
6-4 自創LCD字型
6-5 LCD倒數計時器
6-6 習題

CHAPTER07_類比至數位轉換介面
7-1 類比至數位轉換應用
7-2 類比至數位轉換架構
7-3 Arduino類比至數位轉換
7-4 LCD電壓表
7-5 光敏電阻控制LED亮滅
7-6 習題

CHAPTER08_數位至類比轉換介面
8-1 數位至類比轉換應用
8-2 數位至類比介面架構
8-3 Arduino數位至類比轉換控制
8-4 量測輸出電壓
8-5 可變電阻調整LED亮度
8-6 習題

CHAPTER09_Arduino感知器實驗
9-1 溫濕度顯示實驗
9-2 人體移動偵測實驗
9-3 超音波測距實驗
9-4 超音波測距警示實驗
9-5 磁簧開關實驗
9-6 振動開關實驗
9-7 水滴土壤濕度實驗
9-8 瓦斯煙霧實驗
9-9 習題

CHAPTER10_音樂音效控制
10-1 音調測試
10-2 音效控制
10-3 音階控制
10-4 演奏歌曲
10-5 習題

CHAPTER11_紅外線遙控器實驗
11-1 紅外線遙控應用
11-2 紅外線遙控器動作原理
11-3 紅外線遙控器解碼實驗
11-4 紅外線遙控器解碼顯示機
11-5 習題

CHAPTER12_伺服機控制
12-1 伺服機介紹
12-2 伺服機控制方式
12-3 伺服機控制實驗
12-4 習題

CHAPTER13_Arduino說中文
13-1 中文語音合成模組介紹
13-2 Arduino語音合成模組實驗1
13-3 Arduino語音合成模組實驗2
13-4 習題

CHAPTER14_Arduino控制學習型遙控器模組
14-1 學習型遙控器模組介紹
14-2 Arduino控制學習型遙控器
14-3 人到發射紅外線信號
14-4 Arduino控制史賓機器人實驗
14-5 Arduino控制射飛鏢玩具機器人實驗
14-6 Arduino控制遙控風扇實驗
14-7 習題

CHAPTER15_Arduino不限定語言聲控設計
15-1 基本聲控技術介紹
15-2 聲控模組介紹
15-3 Arduino控制聲控模組
15-4 Arduino聲控亮燈
15-5 習題

CHAPTER16_Arduino控制中文聲控模組
16-1 中文聲控模組介紹
16-2 遙控裝置免改裝變聲控實驗
16-3 Arduino控制中文聲控模組
16-4 Arduino聲控玩具實驗
16-5 Arduino聲控風扇實驗
16-6 習題

CHAPTER17_Arduino 專題製作
17-1 遙控音樂盒
17-2 遙控倒數計時器
17-3 智慧盆栽澆灌器
17-4 紅外線遙控車
17-5 Arduino中文聲控車
17-6 Android手機遙控車
17-7 Arduino聲控譜曲
17-8 Arduino控制您家電視
17-9 Arduino聲控電視

APPENDIX A_附錄
A-1 ASCII 對照表
A-2 簡易穩壓電源製作
A-3 如何自製Arduino實驗板
A-4 L51學習型遙控器模組特性說明
A-5 L51學習型遙控器使用
A-6 L51學習型遙控模組做遙控器信號分析及應用
A-7 VI中文聲控模組使用
A-8 VCMM特定語音聲控模組使用
A-9 本書實驗所需零件及模組

图书序言

  • ISBN:9789864345267
  • 規格:平裝 / 408頁 / 17 x 23 x 2.1 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

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這本《Arduino實作入門與專題應用》真的是讓我這個對電子學摸不著邊的「電子白癡」有了點信心!我還記得剛開始拆開包裝,看到那滿滿的零件和密密麻麻的電路圖,心裡就想著:「完蛋了,這下又要變收藏品了。」不過,作者的敘事方式非常親切,一點也沒有那種高高在上的學術腔調。它不像一般教科書那樣只跟你講理論,而是直接拉著你上手,從最基礎的認識麵包板、認識電阻,到怎麼讓一顆小小的LED燈亮起來,都講解得超級仔細。尤其是那個專案實作的部分,設計得非常巧妙,每一步都有對應的程式碼解釋,讓你清楚知道為什麼要這樣寫,而不是單純複製貼上。我個人最喜歡它從生活化的角度切入,比如怎麼用Arduino做個簡易的溫濕度監測器放在客廳,這類應用馬上就能讓人覺得「哇,原來這東西這麼實用!」對於想從零開始接觸硬體創作的朋友來說,這本書簡直就是最佳的領航員,讓你跨出第一步時,步伐非常穩健,不會被複雜的術語嚇跑。推薦給所有對自造者(Maker)文化有興趣,但又怕技術門檻太高的人。

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我這人比較龜毛,看書一定要看它排版和圖例的清晰度。許多技術書為了塞內容,排版擠得跟沙丁魚罐頭一樣,眼睛看了就累。這本《Arduino實作入門與專題應用》的視覺設計真的讓人耳目一新。它大量的採用彩色圖片和精美的線路圖,而且重點標示得非常清楚,你完全可以對照著書上的圖,在你的麵包板上實際操作,幾乎不需要猜測電線該接到哪個孔位。這對於強調實作的領域來說,是至關重要的。再來是它的專題應用部分,雖然我還沒能力全部實作完,但我翻閱了幾個章節的成果展示,那個完成度,給人的感覺就是「穩健可靠」,而不是那種華而不實、跑個兩下就壞掉的玩具級專案。它給讀者的信心是:只要照著做,你真的能做出一個「能用」的東西出來。這份紮實感,遠比花俏的封面設計來得重要得多,讓我願意花時間把它當作案頭工具書,隨時翻閱。

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這本書最讓我驚喜的是,它不僅僅是針對特定型號的Arduino板子做教學。它對於不同微控制器之間的差異性,以及程式語言的共通性,都有相當不錯的闡述。這表示當我未來想升級到ESP32或者其他更強大的開發板時,書裡建立起來的邏輯觀念依然適用。這才是好教材的價值所在——它教的不是單一工具的使用,而是解決問題的思維模式。舉例來說,書中對於如何撰寫乾淨、易讀的程式碼(Code Readability)的要求,甚至比一些大學的入門課程還要嚴格。作者強調變數命名、函式模組化的重要性,這對於習慣「寫完能跑就好」的初學者來說,是一種非常好的引導,確保我們在入門階段就養成了良好的程式習慣。這對於往後進入複雜專案時,減少維護的頭痛程度,有著長遠的幫助。可以說,這本書的深度,遠超過其「入門」的書名所暗示的範圍。

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我對這本《Arduino實作入門與專題應用》的整體評價,是建立在它「實用性」和「可及性」的完美結合上。在台灣,電子零件取得相對方便,但缺乏一個好的橋樑,把理論和實作順利接起來。這本書扮演的角色,就像是一位耐心十足的學長,在你遇到困難時,不帶批判地遞給你工具和方法。它在專題設計上,沒有追求那種炫技的複雜度,而是專注於讓學習者能透過幾個核心專案,真正掌握輸入(感測器)、處理(邏輯判斷)、輸出(致動器)這三大電子控制的基本循環。我特別喜歡它在介紹每一個感測器或元件時,都會附上該元件的規格簡介,讓你不用為了查閱一個電壓值或腳位定義,就得跳出書本,去Google搜尋半天。這種「一站式服務」的編排,大大提升了學習的效率和流暢度,讓整個學習過程保持在一個高度投入的狀態,非常推薦給希望透過動手做出點東西來證明自己的朋友。

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老實說,市面上關於Arduino的書籍多如牛毛,但很多都流於表面,要嘛就是專注在程式設計的深奧細節,要嘛就是專案設計過於複雜,根本不適合初學者。這本《Arduino實作入門與專題應用》的厲害之處,在於它找到了一個極佳的平衡點。它的結構安排很有層次感,先打好基礎,再逐步堆疊複雜度。我特別欣賞它對「除錯」(Debugging)這一環節的重視。很多教學書只會告訴你怎麼寫出正確的程式碼,但實際操作時,電線接錯了、程式碼怎麼就是跑不起來?這本書竟然有一整章節專門在講常見的錯誤類型和排除方法,這點真的超佛心!這對於我這種時常遇到「預期之外」狀況的人來說,簡直是救命仙丹。它不是教你成為頂尖工程師,而是教你如何成為一個能夠自己解決問題的實用主義者。而且,書裡選用的專題案例,像是交通號誌模擬、感應器控制,都是工程學中最基礎卻也最核心的概念,打好這些地基,未來想往物聯網(IoT)或其他進階領域發展,都會順暢許多,絕對是物超所值的一本工具書。

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