Arduino程式教學(入門篇) (電子書)

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曹永忠
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具体描述

  在克里斯.安德森(Chris Anderson)所著「自造者時代:啟動人人製造的第三次工業革命」提到,過去幾年,世界來到了一個重要里程碑:實體製造的過程愈來愈像軟體設計,開放原始碼創造了軟體大量散布與廣泛使用,如今,實體物品上也逐漸發生同樣的效應。網路社群中的程式設計師從Linux作業系統出發,架設了今日世界上絕大部分的網站(Apache WebServer),到使用端廣受歡迎的FireFox瀏覽器等,都是開放原始碼軟體的最佳案例。

  現在自造者社群(Maker Space)也正藉由開放原始碼硬體,製造出電子產品、科學儀器、建築物,甚至是3C產品。其中如Arduino開發板,銷售量已遠超過當初設計者的預估。連網路巨擘Google Inc.也加入這場開放原始碼運動,推出開放原始碼電子零件,讓大家發明出來的硬體成品,也能與Android軟體連結、開發與應用。

  目前全球各地目前有成千上萬個「自造空間」(makerspace)─光是上海就有上百個正在籌備中,多自造空間都是由在地社群所創辦。如聖馬特奧市(SanMateo)的自造者博覽會(Maker Faire),每年吸引數10萬名自造者前來朝聖,彼此觀摩學習。但不光是美國,全球各地還有許多自造者博覽會,台灣一年一度也於當地舉辦Maker Fair Taiwan,數十萬的自造者(Maker)參予了每年一度的盛會。

  本系列「Maker系列」由此概念而生。面對越來越多的知識學子,也希望成為自造者(Make),追求創意與最新的技術潮流,筆著因應世界潮流與趨勢,思考著「如何透過逆向工程的技術與手法,將現有產品開發技術轉換為我的知識」的思維,如果我們可以駭入產品結構與設計思維,那麼了解產品的機構運作原理與方法就不是一件難事了。更進一步我們可以將原有產品改造、升級、創新,並可以將學習到的技術運用其他技術或新技術領域,透過這樣學習思維與方法,可以更快速的掌握研發與製造的核心技術,相信這樣的學習方式,會比起在已建構好的開發模組或學習套件中學習某個新技術或原理,來的更踏實的多。

  本系列的書籍,因應自造者運動的世界潮流,希望讀者當一位自造者,將現有產品的產品透過逆向工程的手法,進而了解核心控制系統之軟硬體,再透過簡單易學的Arduino單晶片與C語言,重新開發出原有產品,進而改進、加強、創新其原有產品的架構。如此一來,因為學子們進行「重新開發產品」過程之中,可以很有把握的了解自己正在進行什麼,對於學習過程之中,透過實務需求導引著開發過程,可以讓學子們讓實務產出與邏輯化思考產生關連,如此可以一掃過去陰霾,更踏實的進行學習。

  作者出版了許多的Arduino系列的書籍,深深覺的,基礎乃是最根本的實力,所以回到最基礎的地方,希望透過最基本的程式設計教學,來提供眾多的Makers在入門Arduino時,如何開始,如何攥寫自己的程式,主要的目的是希望學子可以學到程式設計的基礎觀念與基礎能力。作者們的巧思,希望讀者可以了解與學習到作者寫書的初衷。
 
好的,以下是关于一本名为《Arduino程式教學(入門篇)(電子書)》的书籍的不包含其内容的详细图书简介,侧重于其他领域的知识,旨在提供丰富的阅读选择。 --- 探索数字宇宙的边界:深度编程、复杂系统与前沿技术导览 本书旨在为对编程、电子工程、人工智能以及信息技术前沿领域抱有浓厚兴趣的读者,提供一个广阔的知识图景。我们聚焦于那些构建现代数字世界的复杂理论、实践方法以及新兴技术栈,内容深入且侧重于高阶理解和系统性思维的培养。 第一部分:底层架构与高性能计算 本部分深入探讨了现代计算机科学的核心——操作系统原理、编译器设计以及高效的内存管理技术。 操作系统原理与内核机制: 我们将详细解析操作系统的核心组件,包括进程调度算法(如CFS, Round Robin的变种)、内存分页与分段机制,以及虚拟内存如何实现资源的抽象和隔离。读者将学习到如何分析和调试内核级别的错误,理解中断处理流程,并掌握构建轻量级实时操作系统(RTOS)的基础框架。重点放在对锁机制(Mutex、Semaphore)在多核环境下的竞争条件分析和死锁预防策略。 编译器设计与优化: 深入探究编译器前端(词法分析、语法分析、语义分析)和后端(中间代码生成、代码优化)。我们不仅会剖析LLVM等现代编译器的架构,还会讨论特定架构(如ARMv8, RISC-V)的指令集对代码优化的影响。内容涵盖循环展开、常量折叠、指令重排等关键优化技术,旨在帮助读者理解高级语言代码如何转化为高效的机器指令。 并行与分布式计算: 讨论大规模数据处理所需的并行化范式。从OpenMP、MPI到CUDA编程模型,我们将详细比较它们在不同计算场景下的适用性。重点讲解数据依赖性分析、负载均衡策略以及容错机制。读者将学会如何设计能够充分利用多核CPU和GPU集群的复杂算法,例如矩阵乘法、图算法的并行实现。 第二部分:人工智能与机器学习的理论基石 本部分超越了应用层的模型调用,深入探讨驱动现代AI浪潮的数学和统计学基础。 高级统计推断与贝叶斯方法: 详述概率图模型(如马尔可夫随机场、条件随机场)的构建与推断算法(如信念传播、MCMC)。重点介绍变分推断(Variational Inference)在处理高维复杂模型时的优势与局限性。内容涵盖了贝叶斯深度学习中不确定性量化(Uncertainty Quantification)的关键技术。 深度学习的优化与泛化: 探讨现代优化器(如AdamW, Lookahead)背后的数学原理,分析梯度爆炸/消失问题的根源及其解决策略。在泛化性方面,本书着重于结构化正则化(如Dropout的动态变体、谱归一化)、域适应(Domain Adaptation)的理论框架,以及如何通过元学习(Meta-Learning)实现快速适应新任务的能力。 自然语言处理的高级模型结构: 聚焦于Transformer架构的深层解析,包括多头注意力机制的计算效率优化、位置编码的最新发展(如旋转位置编码)。内容还会涉及大型语言模型(LLMs)的对齐(Alignment)问题,如基于人类反馈的强化学习(RLHF)的完整流程与挑战。 第三部分:网络安全与系统渗透测试 本部分着眼于保护和攻破数字系统的技术,培养读者的安全思维和防御能力。 网络协议深度分析与漏洞挖掘: 详细剖析TCP/IP栈的协议实现细节,特别是TLS/SSL握手过程中的加密套件协商与漏洞点。内容涵盖缓冲区溢出(Stack/Heap Overflow)、格式化字符串漏洞的原理和利用技巧,以及如何使用逆向工程工具(如IDA Pro, Ghidra)来分析二进制文件,识别潜在的安全缺陷。 Web应用安全与防御架构: 深入讲解OWASP Top 10之外的高级攻击面,如服务器端请求伪造(SSRF)的复杂利用、序列化/反序列化漏洞(如Java Deserialization)的攻击向量。防御层面,我们将讨论基于WAF(Web Application Firewall)的规则编写逻辑、Content Security Policy (CSP) 的粒度控制,以及如何构建零信任(Zero Trust)网络架构。 加密学理论与后量子密码学: 回顾公钥基础设施(PKI)的运作机制,重点解析椭圆曲线密码学(ECC)的数学基础及其效率优势。为应对未来量子计算的威胁,本书会介绍格基密码学(Lattice-based Cryptography)等后量子标准(如Kyber, Dilithium)的初步概念和安全性评估。 第四部分:嵌入式系统的高级接口与实时控制 本部分将视野从纯软件转向硬件交互的复杂层面,尤其关注工业级和高精度控制领域。 高速数据采集与信号处理: 探讨模数转换器(ADC)的噪声抑制技术、过采样与欠采样策略。在软件层面,讲解数字信号处理(DSP)中FIR/IIR滤波器的设计,以及如何利用快速傅里叶变换(FFT)进行频谱分析,确保数据采集的准确性。 复杂总线协议与互联技术: 详细解析工业和车载系统中常用的高速通信协议,如CAN FD、EtherCAT、以及PCIe的总线仲裁机制。理解这些协议的帧结构、时序要求和冲突解决机制,是设计高性能嵌入式控制器的关键。 系统级安全与固件防护: 讨论在资源受限的微控制器上实现安全启动(Secure Boot)和固件空中更新(OTA)的挑战。内容涉及TrustZone架构、硬件安全模块(HSM)的配置,以及如何防范侧信道攻击(Side-Channel Attacks)对密钥信息的窃取。 --- 本书适合具有一定编程基础(如C/C++或Python)的工程师、计算机科学专业学生以及致力于系统底层开发和前沿技术探索的研究人员。它不提供零基础的“点亮LED”教程,而是致力于构建一个坚实、全面的技术知识体系,帮助读者从“会用”工具升级到“理解并创造”工具的层面。阅读本书后,你将能更自信地参与到复杂的软件架构设计、算法优化和新兴技术研发工作中。

著者信息

作者簡介

曹永忠 (Yung-Chung Tsao)


  國立中央大學資訊管理學系博士,專研於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計。現為自由作家,長期投入資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、新產品開發管理、商品及人像攝影等領域,並持續發表作品及相關專業著作。

  Email:prgbruce@gmail.com
  網址:www.cs.pu.edu.tw/~yctsao/

許智誠(Chih-Cheng Hsu)

  美國加州大學洛杉磯分校(UCLA) 資訊工程系博士,曾任職於美國IBM等軟體公司多年,現任教於中央大學資訊管理學系,主要研究為軟體工程、設計流程與自動化、數位教學、雲端裝置、多層式網頁系統、系統整合。

  Email: khsu@mgt.ncu.edu.tw

蔡英德(Yin-Te Tsai)

  國立清華大學資訊科學系博士,目前是靜宜大學資訊傳播工程學系教授、台灣資訊傳播學會理事長、靜宜大學計算機及通訊中心主任,主要研究為演算法設計與分析、生物資訊、軟體開發。

  Email:yttsai@pu.edu.tw
 

图书目录

自序       
自序       
目錄       
圖目錄   
表目錄   
Maker系列    
Arduino 簡介
什麼是Arduino     
Arduino特色 
Arduino硬體-Duemilanove  
Arduino硬體-UNO      
Arduino硬體-Mega 2560     
Arduino硬體- Arduino Pro Mini控制器     
Arduino硬體- Arduino ATtiny85 控制器   
Arduino硬體- Arduino LilyPad控制器      
Arduino硬體- Arduino Esplora 控制器      
Arduino硬體- Appsduino UNO 控制板     
Arduino硬體- Appsduino Shield V2.0擴充板    
Arduino硬體- Doctor duino 開發版   
章節小結       
 
Arduino 開發環境
Arduino開發IDE安裝
Arduino函式庫安裝     
Doctor duino開發環境安裝教學
如何燒錄Bootloader    
章節小結       
Arduino 程式語法
官方網站函式網頁       
Arduino程式主要架構 
區塊式結構化程式語言       
註解       
變數       
型態轉換       
邏輯控制       
算術運算       
輸入輸出腳位設定       
時間函式       
數學函式       
亂數函式       
通訊函式       
章節小結       
 
簡單的實驗   
Hello World   
讀取使用者文字顯示於USB通訊監控畫面     
讀取使用者文字顯示十進位值於USB通訊監控畫面     
讀取使用者文字顯示十六進位值於USB通訊監控畫面 
讀取使用者文字顯示八進位值於USB通訊監控畫面     
讓Led燈亮起來   
調整Led燈亮度   
用按鈕讓Led燈亮起來       
用按鈕控制紅綠燈亮起來   
制作流水燈   
讓Arduino發出聲音    
讓Arduino發出簡單音樂    
章節小結       
 
進階的實驗   
LCD 1602      
LM35溫度感測器讀取溫度
DS18B20數位溫度感測器  
DallasTemperature函式庫介紹    
顯示七段顯示器   
顯示二位數七段顯示器       
顯示四位數七段顯示器       
火災警示:使用火燄感測器       
光開關:天暗讓燈亮起來   
防盜開關:滾珠振動開關   
防盜開關:水銀感測器       
防盜開關:磁簧開關   
章節小結       
 
致謝       
作者介紹       
附錄       
電阻色碼表   
DallasTemperature函式庫    
繼電器原廠資料   
四通道繼電器模組線路圖   
LCD 1602函數用法     
DallasTemperature函數用法
參考文獻

图书序言

  • ISBN:9786263320758
  • EISBN:9786263321960
  • 規格:普通級 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:50.6MB

图书试读



  記得自己在大學資訊工程系修習電子電路實驗的時候,自己對於設計與製作電路板是一點興趣也沒有,然後又沒有天分,所以那是苦不堪言的一堂課,還好當年有我同組的好同學,努力的照顧我,命令我做這做那,我不會的他就自己做,如此讓我解決了資訊工程學系課程中,我最不擅長的課。

  當時資訊工程學系對於設計電子電路課程,大多數都是專攻軟體的學生去修習時,系上的用意應該是要大家軟硬兼修,尤其是在台灣這個大部分是硬體為主的產業環境,但是對於一個軟體設計,但是缺乏硬體專業訓練,或是對於眾多機械機構與機電整合原理不太有概念的人,在理解現代的許多機電整合設計時,學習上都會有很多的困擾與障礙,因為專精於軟體設計的人,不一定能很容易就懂機電控制設計與機電整合。懂得機電控制的人,也不一定知道軟體該如何運作,不同的機電控制或是軟體開發常常都會有不同的解決方法。

  除非您很有各方面的天賦,或是在學校巧遇名師教導,否則通常不太容易能在機電控制與機電整合這方面自我學習,進而成為專業人員。而自從有了 Arduino 這個平台後,上述的困擾就大部分迎刃而解了,因為Arduino 這個平台讓你可以以不變應萬變,用一致性的平台,來做很多機電控制、機電整合學習,進而將軟體開發整合到機構設計之中,在這個機械、電子、電機、資訊、工程等整合領域,不失為一個很大的福音,尤其在創意掛帥的年代,能夠自己創新想法,從 Original Idea 到產品開發與整合能夠自己獨立完整設計出來,自己就能夠更容易完全了解與掌握核心技術與產業技術,整個開發過程必定可以提供思維上與實務上更多的收穫。

  Arduino 平台引進台灣自今,雖然越來越多的書籍出版,但是從設計、開發、製作出一個完整產品並解析產品設計思維,這樣產品開發的書籍仍然鮮見,尤其是能夠從頭到尾,利用範例與理論解釋並重,完完整整的解說如何用 Arduino 設計出一個完整產品,介紹開發過程中,機電控制與軟體整合相關技術與範例,如此的書籍更是付之闕如。永忠、英德兄與敝人計畫撰寫 Maker 系列,就是基於這樣對市場需要的觀察,開發出這樣的書籍。

  作者出版了許多的 Arduino 系列的書籍,深深覺的,基礎乃是最根本的實力,所以回到最基礎的地方,希望透過最基本的程式設計教學,來提供眾多的 Makers在入門 Arduino 時,如何開始,如何攥寫自己的程式,主要的目的是希望學子可以學到程式設計的基礎觀念與基礎能力。作者們的巧思,希望讀者可以了解與學習到作者寫書的初衷。
 
許智誠 於中壢雙連坡中央大學 管理學院

 

用户评价

评分

說實話,這本書在視覺呈現和排版上,其實做得還算工整,圖文並茂的區塊設計也讓人不至於看到睡著。然而,內容的深度卻是個硬傷。它在講述數位與類比訊號轉換(ADC)的概念時,只是簡單帶過「它能把電壓轉換成數值」,然後就跳到範例去讀取電位器(Potentiometer)的數值了。這種處理方式,對於想理解底層原理的讀者來說,簡直是搔不到癢處。難道我們學Arduino不是為了更貼近硬體控制的樂趣嗎?如果只是想用現成的程式碼來操作,那我直接去買遙控器不是更簡單?我期待的是更詳細的時序圖、腳位操作的底層原理說明,或是至少提供一些常見的錯誤代碼解析,但這些在本書中幾乎是找不到的。總之,它給的「果子」很漂亮,但製作果子的「食譜」卻非常簡略。

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這本書在對「工具」的介紹上,也顯得有點力不從心。舉例來說,Arduino IDE的使用介面、如何正確安裝驅動程式以確保電腦能辨識開發板等基礎步驟,雖然有提到,但講解得過於倉促,字體又小,讓我這個第一次接觸的用戶花了不少時間在跟電腦「溝通」上,而不是專注於程式邏輯的學習。更別提,書中許多硬體接線圖的解析度不夠清晰,有幾張圖我得拿放大鏡來看,才能分辨出哪個腳位是 GND 哪個是 VCC,這在需要精確接線的電子專案中,是非常危險的疏忽。對於一本號稱要讓讀者「動手做」的教學書來說,清晰、標準化的圖示和步驟說明,絕對是建立讀者信心的關鍵。這本的細節處理,真的有待加強,讓入門的過程多了一層不必要的障礙。

评分

我對這本「入門篇」的整體感受,只能用「進階的起步」來形容,完全不是為純粹的新手設計的。書中在介紹函式庫(Library)的使用時,往往直接貼出一段看似複雜的程式碼,然後就說「這段程式碼可以做到XXX功能」,但背後的邏輯是如何建構的、變數是如何在不同模組間傳遞的,幾乎沒有深入探討。舉例來說,當它教你如何使用某個感測器時,它給的範例通常是最終成品,卻沒有花篇幅拆解「為什麼要這樣設定初始化腳位」、「如果數值異常我們該如何除錯」這些實際會遇到的問題。這讓我感覺,這本書更像是給已經會寫一點點程式,但對Arduino硬體介面不熟的人做快速查閱的工具書,而不是一本紮實的教學教材。每次試著修改範例程式碼,想加入一點自己的小創意時,就發現自己像是在迷宮裡亂闖,根本不知道哪裡出了問題,挫折感油然而生。

评分

翻完這本書,我最大的感覺是「資訊的密度太高,但結構性不夠強」。它像是把網路上幾十篇零散的教學文章,硬是塞進一本實體書裡,然後用「入門」當作標籤。對於我這種習慣從宏觀概念逐步深入到細節的學習者來說,這種拼湊感非常嚴重。例如,當它介紹到如何使用I2C或SPI通訊協定時,完全沒有花時間解釋這兩種通訊方式的差異性、Master/Slave 的角色分配,直接就進入了程式碼實作,這讓我在理解為何要選用某種通訊方式時,感到非常困惑。這本書更像是將不同主題的範例集結在一起,而不是圍繞著一個核心的學習路徑循序漸進。如果能針對不同難度的專案,設計出由淺入深的模組化學習單元,或許更能符合台灣讀者對於系統性學習的期待。

评分

這本號稱入門的Arduino教學書,老實說,我抱著很大的期待想說終於可以好好摸懂這個神祕的開發板了,結果翻開目錄就覺得有點心涼半截。它給的範例程式碼,雖然乍看之下好像很基礎,像是控制LED閃爍、讀取按鈕狀態這種「Hello World」級別的東西,但對於完全沒有電子背景的讀者來說,連電路圖的解讀都成了一道難關。書裡對於電阻、電容這些基本元件的介紹,簡直是蜻蜓點水,彷彿大家都心照不宣地知道這些東西該怎麼用。更別提,它直接把一堆C++的語法丟過來,然後就期待你馬上就能融會貫通,這對我這種只會用文書處理軟體的人來說,簡直是從零開始學飛機駕駛。說真的,如果沒有外求一堆YouTube影片或是網路論壇的輔助,光靠這本書想「入門」,恐怕會變成「入土」吧!希望能多一點點對硬體世界友善的解釋,而不是把所有東西都當作理所當然的知識點。

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