青少年科技创新丛书：Scratch测控传感器的研发与创意应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴俊杰，梁森山 著

图书标签:

• Scratch
• 测控
• 传感器
• 青少年
• 科技创新
• 编程教育
• STEAM
• 创客
• 电子制作
• Arduino

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302372479

版次：1

商品编码：11581645

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 青少年科技创新丛书

开本：16开

出版时间：2014-11-01

用纸：胶版纸

页数：154

字数：243000

正文语种：中文

内容简介

　　《青少年科技创新丛书：Scratch测控传感器的研发与创意应用》以Scratch为教学语言，介绍了如何将计算机的键盘、鼠标、话筒、摄像头作为传感器研究艺术、科学和工程领域的问题，并将研究结论撰写成研究论文。
　　在程序设计上，《青少年科技创新丛书：Scratch测控传感器的研发与创意应用》从零起点开始，涉及Scratch 2.0和Scratch 1.4常见的程序结构和算法； 在硬件上，《青少年科技创新丛书：Scratch测控传感器的研发与创意应用》深入浅出地从原理层面上介绍了各种计算机外部设备的获取信息的原理； 在学科定位上，本书以信息技术学科为核心，将传感器作为实现“测量—控制”的关键，体现了信息技术中信息的获取、存储、分析、表达的全过程，并且涉及与信息技术相关的其他学科； 在教学上，本书既适合大班教学，又适合学生自学。《青少年科技创新丛书：Scratch测控传感器的研发与创意应用》由从免费硬件到付费硬件、从简单程序到复杂算法、从艺术到研究再到工程、从学习别人的案例到自己研发测控传感器的应用案例4条主线出发，比较系统地介绍了研究性学习所需要的编程能力和数据分析方法，比较全面地涉及了“科学、技术、工程和数学”领域(STEM教育)的相关内容。
　　《青少年科技创新丛书：Scratch测控传感器的研发与创意应用》面向Scratch入门的师生以及课程研究人员，既可作为中、小学相关课程教材，也可作为青少年科技创新活动的参考用书。

内页插图

目录

第1章 Scratch语言基础知识
1.1 Scratch语言简介
1.2 第一个Scratch 2.0程序
1.2.1 注册Scratch账号
1.2.2 使用帮助菜单完成第一个Scratch程序
1.3 Scratch 1.4和Scratch 2.0的区别
1.4 开始使用Scratch网站
1.4.1 评论他人作品
1.4.2 管理个人信息
1.4.3 管理作品集
1.4.4 浏览作品
1.4.5 好友管理
1.5 动画基础
1.5.1 跳舞的螃蟹
1.5.2 派对舞会
1.5.3 致意贺卡
1.6 游戏基础
1.6.1 变装游戏
1.6.2 捉迷藏
1.6.3 初级迷宫
1.6.4 初级乒乓球
1.7 用Scratch语言撰写一个研究报告

第2章 计算机标准配置传感器的应用和改装
2.1 按键速度的研究——第一个研究型程序
2.1.1 硬件准备
2.1.2 搭建程序
2.1.3 进行实验
2.1.4 数据处理
2.1.5 评价反思
2.2 用键盘组成的乐队
2.2.1 硬件准备
2.2.2 搭建程序
2.2.3 实际应用
2.2.4 评价反思
2.3 拆掉键盘——楼梯钢琴
2.3.1 硬件准备
2.3.2 搭建程序
2.3.3 实际应用
2.4 用鼠标左键改装的报警器
2.4.1 硬件准备
2.4.2 搭建程序
2.4.3 实际应用
2.4.4 评价反思
2.5 用鼠标滚轮改装的曲线测量仪
2.5.1 硬件准备
2.5.2 搭建程序
2.5.3 实验与数据处理
2.5.4 评价反思
2.6 用鼠标制作画图板
2.6.1 搭建程序
2.6.2 评价反思
2.7 用鼠标模拟触摸屏功能
2.7.1 功能分析
2.7.2 搭建程序
2.7.3 评价反思
2.8 用麦克风音量值控制的闯关游戏
2.8.1 游戏设计
2.8.2 程序搭建
2.8.3 游戏体验与改进
2.8.4 评价反思
2.9 用耳机线实现双机通信
2.9.1 硬件准备
2.9.2 搭建程序
2.9.3 实际应用
2.9.4 评价反思
2.10 改造麦克风——计数器的实现
2.10.1 实现原理
2.10.2 硬件改造
2.10.3 程序编写
2.10.4 改进提高
2.11 用摄像头制作逐帧动画
2.11.1 硬件准备
2.11.2 获取图像
2.11.3 用摄像头拍摄逐帧动画
2.11.4 摄像头连续拍照的间隔时间研究
2.12 使用摄像头研究单摆的运动
2.12.1 实验装置
2.12.2 获取单摆的运动图像
2.12.3 用图章技巧生成位置—时间图像
2.13 用视频分析法研究人的步行姿态
2.14 用图像识别的方法分析运动轨迹
2.15 用颜色识别的方法识别数字
2.15.1 获取数字图像的并集
2.15.2 获取颜色识别的算法
2.15.3 将图片识别为数字
2.16 在Scratch 2.0下用摄像头制作体感游戏
2.16.1 摄像头部分的核心代码
2.16.2 我的第一个摄像头体感游戏
2.16.3 让角色跟着手指动
2.16.4 评价反思

第3章 Scratch测控板的原理及应用
3.1 Scratch测控板的常见类型
3.2 Scratch测控板入门——传感器的连接
3.3 Scratch测控板的二值量的使用
3.3.1 投票装置
3.3.2 按钮计数器
3.3.3 启动装置
3.3.4 报警器
3.3.5 用4个端口制作方向控制游戏
3.4 二值量的组合应用：3-8译码器
3.4.1 3-8译码装置的原理
3.4.2 用铜箔制作一个简单的3-8译码器
3.4.3 制作键盘式的3-8译码器
3.4.4 互动效果设计
3.5 标定实验入门——滑杆传感器的标定
3.5.1 用滑杆传感器玩互动游戏
3.5.2 用滑杆传感器制作卡尺
3.5.3 确定游标卡尺的分度值
3.6 曲线关系的标定初步——光敏黑白扫描仪
3.6.1 利用光敏电阻实现灰度识别
3.6.2 计算机作为光源的灰度扫描仪
3.6.3 改进程序使其拼接效果更好
3.7 曲线关系的标定提高——光场的研究
3.7.1 探究LED灯的等效功率
3.7.2 探究光强与距离的关系——制作一把光尺
3.7.3 探究平面光场的光强
3.8 曲线关系的直化——用Scratch测控板测电阻
3.8.1 实验装置
3.8.2 确定稳定的对应关系
3.8.3 标定实验
3.8.4 曲线的直化
3.8.5 检验并修正
3.8.6 讨论
3.9 如何通过测量实现精确的控制

附录 Labplus Scratch Box套件说明

参考文献

精彩书摘

　　3.1Scratch测控板的常见类型

　　Scratch传感器板是Scratch语言拓展的一组硬件，其基本功能如下。Scratch传感器板的硬件资源包括1个光传感器、1个声音传感器、1个滑动杆、1个按钮、4个自定义传感器(电阻类)接口。其中，按钮是数字输入量，有0和1两种状态，其他的接口都是模拟量输入接口，输入范围是0~100。Scratch传感器板的4个自定义传感器接口接受常见的电阻类传感器输入，包括热敏电阻、湿敏电阻、弯曲传感器(电阻型)和光敏电阻等。

　　因此Scratch Labplus测控板对它做了改进，使Scratch传感器板变成了Scratch测控板，除了感知外界信息外，还可以输出电动机、蜂鸣器、LED灯等多种控制信号，如图3.1所示。

　　图3.1Scratch Labplus测控板

　　下面的案例将会用Labplus Scratch测控板来完成一系列Scratch基础测控传感器的研发，并且使用它的输出功能，完成一些富有创意的案例。

　　3.2Scratch测控板入门——传感器的连接

　　Scratch测控板和计算机通过USB接口通信，可以感知外界的温度、光强、电学量(如电阻、电压和电流)等物理量。Scratch测控板的输入量包括数字量(开/关、连接/断开)和模拟量(电阻、温度、光照、湿度、声音、位置)两种，其使用方法与其他侦测量一样。首先需要将Scratch测控板和计算机进行连接。

　　第一次使用Scratch测控板硬件时需要安装硬件驱动程序。首先，要安装盛思驱动程序，如图3.2所示。单击Next按钮，直到出现Finish按钮。

　　图3.2安装驱动程序

　　接下来，将USB线插入计算机的USB接口后，向下按Scratch测控板上的按钮，直到蓝色的指示灯亮起来。这时，计算机会显示出“找到新硬件”，由于之前已经安装了驱动程序，这时只需单击“自动安装”按钮即可。

　　利用硬件更新向导进行安装，安装驱动程序成功后，可以在“我的电脑”中右击，在弹出的快捷菜单中，选择“管理”选项，进入“设备管理器”中，在端口(COM和LPT)中发现多了一个新设备，在这里要记住设备的端口号，如图3.3所示。此处Scratch测控板的端口号为COM21(有些计算机之前没有安装过各种传感器板，其端口号可能是COM3或COM4)。

　　图3.3查看测控板的端口号

　　这样，Scratch测控板就已经和计算机建立了通信关系。需要注意的一点是，Scratch测控传感器使用的是一个改进版本的Scratch，称为Scratch_Labplus，该版本的Scratch是免安装的，解压缩之后就可以使用，如图3.4所示。

　　图3.4解压缩Scratch_Labplus程序

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前言/序言

　　STEM(Science Technology Engineering Mathematics Education)意指“科学、技术、工程学、数学教育”，是由美国发起的一项旨在通过提高STEM领域劳动者人数和受教育者综合应用STEM领域的能力，提高国家的人力资源水平继而提升国家竞争力。本课程将科学、技术、工程学和数学4个领域通过一个具体的研究性学习案例融合起来，使大家在掌握信息技术的基础上，设计、开发和制作实验装置(工程)，应用其中的数学原理，得到一个科学的结论，并尝试用多种不同的形式表达这一科学结论。期望培养一个“数字科学家”，即对任何一个感兴趣的问题都能用科学的方法独立地开展研究的“自由的研究者”。通过数据的“获取、存储、分析、表达”来实现结论的定量化、精确化和理论化。本书以麻省理工学院开发的Scratch语言为编程环境，将常见的计算机外部设备当作传感器来使用，展示了一系列适合中学生甚至大学生的研究性学习案例，对于培养学生的能力、提高学生的编程水平和对计算机的理解都很有帮助。

　　2013年9月，麻省理工学院团队发布了Scratch 2.0的离线测试版，Scratch 2.0的编程环境已经比较成熟，因此本书使用Scratch 2.0作为Scratch程序语言基础的教学平台，并比较了Scratch 1.4和Scratch 2.0的区别。通过一组动画和游戏案例，介绍Scratch语言的基础和Scratch网站的学习方法，并将这些作为接下来学习感测与控制技术的基础。

　　通过将生活中常见的计算机外部设备改装成为传感器，并结合Scratch程序的传感器板，使有研究能力的学生可以自由地发挥想象，将编程渗透到游戏、娱乐和科学探究中，其学习角色可向科学家、交互设计师、工程师等多种STEM领域的职业角色转换。在这个过程中，学生会明白自己适合做什么和喜欢做什么，以及完成一项工作自己需要找哪些人合作，这些能力将会使学生受益终生。

　　本书作者

　　之一贾思博于2010年获得 “明天小小科学家”比赛二等奖，并顺利保送清华大学；作者朱忠旻凭借Scratch领域的研究，受邀参加了2012年麻省理工学院举办的Scratch 2012年年会；作者范力彬是景山学校最早一批学习Scratch语言的学生，未来会成为一名教师，将Scratch教给更多的人。作为他们的教师，在教学相长的过程中，看到学生慢慢地成为我的合作者，甚至成为我所崇拜的人，我深深地体会到作为一名教师的职业幸福，也非常期待着能够有更多的人通过测控传感器的研发过程，打通程序编写、科学研究、创意应用之间的鸿沟，成为一个“数字科学家”。他们的共同特征是“对于任何一个感兴趣的问题都能用科学的研究方法定量地开展研究”，他们的研究是出于好奇心和兴趣而非功利和强迫，他们知道如何获取数据、得出结论，更知道如何和别人分享结论、传播思想。总之，他们将是一群自由的研究者，这个梦想虽然很难但是很值得为之而努力。

　　自由，虽然是一个“奢侈”的目标，却是人类永恒的追求！

　　本书整体规划以及第1章的编写由吴俊杰负责，第2章由贾思博、范力彬编写，第3章由吴俊杰、梁森山、朱忠旻编写。

　　由于作者水平所限，书中疏漏在所难免，欢迎读者批评指正。

　　北京景山学校吴俊杰

　　2013年5月于自缚居

科技浪潮中的创新实践：面向青少年的前沿技术探索与应用 （本书并非《青少年科技创新丛书：Scratch测控传感器的研发与创意应用》） 在数字化与智能化浪潮席卷全球的今天，培养青少年对前沿科技的理解和动手实践能力，已成为素质教育的核心目标之一。本书旨在为对信息技术、工程设计以及跨学科融合充满热情的青少年及教育工作者提供一本兼具理论深度与实践广度的参考读物。它将带领读者跳出特定编程语言的窠臼，聚焦于信息技术与工程科学的交叉领域，引导读者建立系统的工程思维和创新方法论。 本书内容覆盖了当前科技领域中几个至关重要的基础模块，重点在于激发读者对“如何用技术解决现实问题”的兴趣，而非局限于单一软件或硬件平台的特定操作流程。 第一部分：计算思维与抽象建模——技术素养的基石 本部分首先从计算机科学的核心——计算思维的角度切入。我们不直接教授任何特定的编程语法，而是深入探讨如何将复杂的现实问题分解、模式识别、抽象化，并最终以算法的形式表达出来。 1.1 问题的结构化分析 我们将通过一系列经典的逻辑谜题和日常工程案例（如交通信号优化、资源调度等），展示如何运用分解法将一个宏大目标拆解为可执行的小步骤。重点分析了递归思维的本质及其在自然界和算法设计中的体现，强调如何通过自相似性来简化复杂结构。 1.2 数据结构的概念化理解 本章不涉及任何具体的编程语言实现细节，而是聚焦于数据在信息系统中的角色与形态。我们探讨了线性结构（如序列、队列、栈）和非线性结构（如树、图）的本质区别及其适用场景。例如，通过模拟图书馆书籍的检索过程，阐释了“树”结构在层级管理中的优势；通过分析社交网络的好友关系，直观理解“图”结构在路径查找中的重要性。核心目标是让读者理解：数据结构是解决特定问题效率的内在决定因素。 1.3 算法效率与复杂度初探 在不引入高等数学的情况下，本书用直观的对比实验（例如，比较两种不同的排序逻辑在处理不同规模数据时的耗时差异）来引入时间复杂度和空间复杂度的概念。我们使用“大O表示法”的简化版本，让读者明白算法的优劣不仅仅是“能不能跑起来”，更是“跑得快不快，占空间多不多”。这为后续的系统设计打下了效率优先的思维基础。 第二部分：微电子与嵌入式系统的基础逻辑 本部分将视角从纯粹的软件抽象转向硬件与软件的交互层面，重点介绍现代电子系统中信息的采集、处理与反馈机制。 2.1 数字逻辑与布尔代数：系统的“二进制语言” 我们深入探讨了数字电路的基石——逻辑门（与、或、非、异或）。本书详细介绍了如何使用这些基本门电路组合构建更复杂的逻辑功能，例如半加器、全加器，直至简单的算术逻辑单元（ALU）的概念模型。这部分内容旨在让读者理解，所有复杂的计算机运算，最终都归结于简单的开关状态判断。 2.2 微控制器基础架构与工作原理 本章不关注特定品牌的微控制器型号，而是剖析通用微控制器（MCU）的核心组成部分：中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM）和输入/输出接口（I/O）。我们着重解释冯·诺依曼结构的工作流程，即程序指令如何被取出、译码并执行。通过对比中断（Interrupt）机制与轮询（Polling）在实时响应方面的优劣，让读者理解实时系统的设计挑战。 2.3 信号的数字化过程：采样与量化 在信息采集系统中，物理世界的连续信号如何转化为计算机可识别的离散数据是关键。本书详述了奈奎斯特采样定理的意义，并解释了量化误差的概念。我们通过分析声音和光线的模拟信号转换过程，使读者对传感器读取数据的局限性有清晰的认识。 第三部分：跨学科创新：信息流与物理世界的连接 本部分是本书的实践导向核心，探讨如何利用信息技术和电子基础知识，解决环境监测、自动化控制等领域的实际问题，强调系统集成与创新应用。 3.1 通信协议的原理与应用分层 本书概述了信息如何在设备之间高效可靠地传输。重点分析了串行通信（如UART/SPI/I2C）的物理层差异及其应用场景。我们不教授具体的编程库调用，而是解释为什么在近距离、多设备通信时选择I2C，而在远距离、点对点通信时可能倾向于UART。此外，我们还初步介绍了网络通信模型的分层思想，理解数据包的封装与解封装过程。 3.2 自动化系统的反馈回路设计 自动化系统的精髓在于反馈控制。我们引入了开环与闭环控制系统的概念，并以温度控制系统为例，分析了比例（P）、积分（I）和微分（D）控制（PID控制）的基本思想——即如何根据误差状态来调整输出，以达到稳定目标。强调了调试反馈系统时，调整控制参数对系统稳定性和响应速度的影响。 3.3 传感器技术的功能性分类与局限性评估 本章对各类传感器（如光敏、温湿度、压力、惯性测量单元IMU）的工作原理进行了原理性的介绍，而非操作指南。重点在于评估不同传感器的精度、漂移、响应时间以及环境抗干扰能力。读者将学会如何根据应用需求，选择最合适的传感器组合，并理解数据“清洗”（去噪、滤波）的必要性。 3.4 创意项目的设计方法论：从需求到原型 最后一部分，本书提供了一套系统化的创新项目设计流程： 1. 需求明确与边界定义： 确定要解决的核心问题。 2. 技术选型与可行性分析： 基于前述的计算思维和电子基础，评估现有技术能否实现。 3. 模块化设计： 将系统拆分为输入模块、处理模块和输出模块。 4. 迭代与测试： 强调小步快跑，快速验证每个模块的功能，最终集成测试。 本书旨在培养青少年“工程素养”：一种将抽象逻辑转化为具体物理实现，并能系统评估技术方案优劣的综合能力。它强调对底层原理的理解，为读者未来接触更复杂的系统（如物联网、人工智能硬件集成）打下坚实、灵活的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本《青少年科技创新丛书：Scratch测控传感器的研发与创意应用》光是书名就让人心潮澎湃，它精准地戳中了当代青少年对动手实践和前沿科技结合的渴望。我当初被吸引，主要是冲着“Scratch”这个平台去的，毕竟现在编程启蒙，Scratch是绕不开的利器，它那种图形化编程的直观性，对于初学者来说简直是福音。然而，这本书的妙处在于，它没有停留在简单的动画制作或游戏设计上，而是直接将Scratch的魔力延伸到了“测控传感器”这个更硬核的领域。我之前接触过一些少儿编程书籍，大多侧重于理论讲解和基础指令的罗列，读起来枯燥乏味，很多孩子听两页就打瞌睡了。但这本书显然另辟蹊径，它似乎更强调“连接真实世界”的概念。我特别期待看到书中是如何讲解如何搭建硬件接口，如何让代码不再只是屏幕上的光影，而是能真实地读取温度、湿度，甚至是光线的变化，并基于这些数据做出反馈。这种将虚拟代码与物理世界交互的过程，才是科技创新的核心，也是培养孩子科学思维的关键一步。如果书中能配有清晰的电路图和详细的搭建步骤，那就太棒了，绝对是点亮孩子好奇心的“火种”。

评分☆☆☆☆☆

从一个纯粹的“创意应用”角度来看，这本书的潜力是无限的。编程教学的最高境界，是让学习者能够将所学知识融会贯通，创造出具有个人风格的作品。Scratch测控传感器的结合，提供了这样一个完美的平台——硬件的限制与软件的自由互相碰撞。我个人比较关注的是，书中在“创意应用”部分是否提供了足够的开放性引导？是仅仅展示了几个固定的小项目，比如自动浇花器或者光感报警器，还是提出了更具前瞻性的挑战？比如，如何利用这些基础传感器去构建一个简单的物联网（IoT）雏形？或者，如何将数据可视化做得更加生动有趣，而不是单调的数字列表？如果作者能在章节末尾设置一些“拓展思考”或者“下一步挑战”环节，鼓励孩子们自行设计基于传感器的更多功能，例如情绪识别（通过环境光线和声音传感器辅助判断）或者更复杂的环境联动系统，那么这本书就能真正担当起“创新丛书”的称号，真正培养出能够独立思考和解决问题的未来工程师。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验往往决定了一本书的生命力，尤其是在面对知识点密集的科技类书籍时。我非常看重作者在叙事和讲解逻辑上的组织能力。这本书如果成功，它的结构一定是非常精妙的，可能是采用“项目驱动”的学习模式，即先展示一个令人兴奋的最终成品（比如一个能自己找光线移动的小车），然后再层层剥开，解释实现这个功能所需的各个传感器模块和对应的Scratch代码。这种由果溯因的学习路径，比传统的由“概念”到“应用”的讲解方式更能抓住读者的注意力。此外，调试和排错（Debugging）是所有编程学习者都会遇到的难关。我真诚希望书中能开辟专门的篇章，详细列举在使用Scratch连接传感器时最常遇到的五大类问题，并给出直观的解决方案，例如“传感器无反应”、“数据读取异常”、“与Scratch界面通信中断”等，并提供相应的代码片段进行对比。这种细致入微的“避坑指南”，远比单纯的成功案例更有助于培养读者的独立解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名一直关注STEM教育的家长，我常常感叹市面上许多“科技”书籍，内容更新速度跟不上技术迭代的速度，很多“前沿”知识点可能半年前就已过时。因此，当我看到这本关于Scratch与测控传感器的书籍时，我最看重的是它的实用性和紧跟时代的步伐。Scratch虽然基础稳定，但如何将其嫁接到最新的传感器模块上，如何处理实时数据流，这才是体现作者功力的关键。我希望这本书能提供的是一套完整的问题解决流程，而不仅仅是照本宣科的教程。比如，书中是否探讨了如何优化代码效率来应对高频传感器数据输入？在设计创意应用时，是否引导读者去思考如何用传感器解决生活中的实际问题，比如智能家居的简化模型，或者环境监测的小工具？如果书中的案例设计得足够巧妙，能够激发孩子们去“魔改”现有的项目，让他们明白编程不是终点，而是工具，那么这本书的价值就远远超过了一本普通的编程指南。它的目标读者群体显然是那些已经掌握了Scratch基础，正渴望迈向“电子工程师”阶段的孩子们，这种进阶的导向性非常值得赞赏。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计和排版风格给我的第一印象是“专业却不失亲和力”。我留意到丛书系列名称“青少年科技创新丛书”，这暗示了其内容定位的严谨性，它必须保证科学数据的准确性和工程逻辑的可靠性。然而，如果内容过于学术化，青少年读者就会望而却步。我非常好奇，作者是如何平衡这种专业性与易读性之间的张力的。想象一下，如果书中采用了大量的实物照片，对比着Scratch的积木代码块，形成清晰的“输入-处理-输出”闭环图示，那将极大地降低读者的理解门槛。特别是涉及到传感器接线和软件配置的部分，任何一个模糊不清的步骤都可能导致实验失败，进而打击孩子的积极性。一本优秀的实践指导书，其图文的配合必须达到教科书级别的精确度，同时又不能缺乏激发兴趣的视觉吸引力。我期待它能像一本高阶的“工具书”，随手翻开就能找到解决当前困惑的对应页面，而不是需要从头到尾啃一遍。

评分☆☆☆☆☆

一直在京东买，质量狠不错

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蛮有创意的一本书，适合有一定基础的读者哦

评分☆☆☆☆☆

书还是不错的，就是等了很久才到，快递员直接选择发货完成了，实际还没送来

评分☆☆☆☆☆

挺好玩的

评分☆☆☆☆☆

好…………………………

评分☆☆☆☆☆

价格合理便宜质量有保证

评分☆☆☆☆☆

边沿创新，嵌入式入门书籍

评分☆☆☆☆☆

好书，学习中……

评分☆☆☆☆☆

书写的不错!!!!!!!!!!!