Arduino编程指南 75个智能硬件程序设计技巧 [Programming Arduino Next Step: Going Further with ] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英] Simon Monk 著，张佳进，陈立畅，孙超，杨彦鑫，张悦 ... 译

图书标签:

• Arduino
• 编程
• 嵌入式系统
• 硬件开发
• DIY
• 电子制作
• 智能硬件
• 项目实战
• 单片机
• 教程

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115414489

版次：1

商品编码：11868422

包装：平装

丛书名： i创客

外文名称：Programming Arduino Next Step: Going Further with

开本：小16开

出版时间：2016-02-01

用纸：胶版纸

页数：208

正文语种：中文

编辑推荐

※McGrawHill经典口袋书，知识点深入浅出讲解，把书读得很薄，迅速提升Arduino编程能力。
※回顾Arduino程序设计的基础内容，并介绍更多程序设计的高阶功能。
※通过实例展示如何利用少的储存器即可有效工作、使用小功率完成大性能、支持不同类型的串行口、支持USB编程、支持网络编程、数字信号处理DSP等内容。
※75个开源的Sketches示例提供下载使用。
※100余个Arduino程序设计技巧等你实践。

内容简介

本书从提高Arduino使用效率、数据库打包、硬件融合、USB编程、网络编程、数字信号编程等几个方面，来综合讲解Arduino的晋级应用方法。书中迅速带过Arduino的基础知识，进入能力提升的主题，通过多个实例帮助读者快速提升Arduino编程能力。

作者简介

Simon Monk博士（英国Preston）拥有控制论和计算机科学学位以及软件工程学博士学位。他做了几年的学术研究，然后回到了产业界，共同创办了移动软件公司Momote Ltd.。他从十来岁起就是一个活跃的电子爱好者，而且是业余电子和开源硬件的全职作家。Monk博士是众多电子书籍的作者，精于开源硬件平台，特别是Arduino和树莓派。

目录

第1章　Arduino编程　1
什么是 Arduino　　1
软件安装和IDE 　3
Arduino概览　6
Arduino 开发板　8
编程语言 　12
修改Blink sketch　12
变量 　14
If 　15
Loops　16
函数　17
数字量输入　18
数字量输出 　20
串口监视器　20
数组和字符串　22
模拟量输入　23
模拟量输出　25
使用库　26
Arduino数据类型　28
Arduino 指令　29
总结 　30
第2章　内部机理　31
Arduino发展概况　31
Arduino内部结构　31
AVR微控制器 　32
Arduino 和Wiring　35
从sketch到Arduino　38
AVR Studio 　41
安装引导程序　43
总结　46
第3章　中断和定时器　47
硬件中断　47
启用和禁用中断　53
定时器中断　53
总结　56
第4章　让Arduino更快　57
Arduino到底有多快？　57
Arduino开发板之间的比较　58
算法加速　59
查找与计算　60
快速I/O 　62
模拟量输入的加速　68
总结　69
第5章　低功耗的Arduino　70
Arduino开发板的功耗　70
电流和电池　72
降低时钟频率　73
关闭一些模块　75
休眠　76
输出数字量控制功耗　80
总结　82
第6章　内存　83
Arduino内存　83
减少RAM的使用　84
最小化闪存占用　89
静态与动态内存分配对比　90
字符串　91
EEPROM的使用　95
使用闪存　100
使用SD卡存储数据　102
总结　104
第7章　I2C总线的使用　105
I2C硬件　106
I2C协议　107
Wire库　108
I2C示例　110
总结　116
第8章　1-Wire器件接口　117
1-Wire硬件　117
1-Wire协议　118
OneWire 程序库　118
使用DS18B20　121
总结　122
第9章　SPI器件接口　123
位操作　123
SPI硬件　127
SPI协议　129
SPI库　129
SPI 示例　131
总结　134
第10章　UART串行编程　135
串行硬件　135
串行通信协议　137
串行命令　138
软件串行通信库　140
串行通信示例　141
总结　148
第11章　USB编程　149
键盘和鼠标仿真　149
USB主机编程　152
总结　159
第12章　网络编程　160
网络硬件　160
Ethernet库　163
以太网示例　167
WiFi库　173
WiFi示例　174
总结　175
第13章　数字信号处理　176
数字信号处理介绍　176
读数求均值　177
滤波介绍　179
构建一个简易低通滤波器　180
Arduino Uno 的数字信号处理　181
Arduino Due数字信号处理　183
滤波器代码生成　185
傅里叶变换　188
总结　192
第14章　管理一个进程　193
转变大型系统的编程习惯　193
为什么你不需要线程　194
设置和循环　194
Timer库　197
总结　198
第15章　编写程序库　199
何时编写程序库　199
使用类与方法　200
库示例（TEA5767 Radio）　200
测试库文件　205
发布这个库　205
总结　206
附件A　器件　207
Arduino开发板　207
扩展板　207
器件与模块　208
供应商　208

精彩书摘

每一章节涉及Arduino编程的特定主题。除了介绍、回顾Arduino基础知识的第1章外，剩余的章节完全按照你的喜好来进行阅读。

如果你是一个在其它领域有经验的开发者，估计你会喜欢先阅读第14章，然后把Arduino编程放到特定的语义场景中。接下来对每一章进行介绍。

1.第1章“Arduino编程”包含了Arduino程序设计的归纳与总结。对于需要快速掌握Arduino基础知识的人来说，这是入门章节。

2. 在第二章“内部机理”中，我们窥视了Arduino的软件是如何工作的？它来自哪里？

3.第3章“中断和定时器”。 新手常常避开使用中断，其实他们完全不用这样，因为有时采用中断是很方便的，同时所涉及的相关代码也不复杂。虽然中断也有一些缺陷,本章将告诉你自己需要知道什么。

4. 第4章“让Arduino更快”。 Arduino的处理器速度慢、功耗低。所以有时你需要尽可能挖掘它们的潜力。例如，内嵌digitalWrite函数是安全和简单易用的，但其效率低，特别是同时对多个输出进行设置时。在这章里，你将寻求提高性能的方法，同时学习其它技术来编写时效性强的sketche。

5. 第5章“低功耗的Arduino”。当你用电池或太阳电池给Arduino供电时，你需要考虑把功耗降到很低。此外为了优化硬件设计，你也可以通过编写代码来降低Arduino的功耗。

6.第6章“内存”。在本章中，在sketche中，我们探寻尽量小的内存的使用及其优势，以及动态使用内存所带来的风险。

7.第7章“I2C总线的使用”。 Arduino的I2C接口能很容易地实现与模块和器件间的通信，减少所需引脚的数量。这一章阐述了I2C工作原理及其使用方法。

8.第8章“1-Wire器件接口”。本章着眼于1-wire总线器件，例如Dallas家族中非常流行、用于Arduino的温度传感器。你能学习1-wire总线工作原理和使用方法。

9.第9章“SPI器件接口”。 Arduino的另一个接口标准是SPI。本章探索它的工作原理和使用方法。

10. 第10章“UART串行编程”。通过USB或Arduino的Rx和Tx引脚，在外设和其它Arduino之间，串行通信提供了非常重要的数据交换通道。在本章中你可以学习到串行通信的工作原理及其使用方法。

11. 第11章“USB编程”。本章介绍了具有USB接口的Arduino使用的各个方面。你将学习由Arduino Leonardo提供的键盘和鼠标模拟功能。以及允许USB键盘或鼠标连接到内嵌Arduino设备的逆向过程。

12.第12章“网络编程”。 Arduino在物联网中是一个常见的器件。在本章中，你将学习Arduino的互联网编程方法。其主题涉及Wi-Fi和以太网扩展板、web服务的使用以及把Arduino作为迷你web服务器。

13. 第13章“数字信号处理”。Arduino具有初步的信号处理能力。本章讨论了各种技巧，从对来自模拟输入端的信号进行滤波，使用的是软件技术而不是额外的电子部件，到采用傅里叶变换技术，计算一个信号中各种频率的相对大小。

14. 第14章“管理一个进程”。有大型系统编程背景的程序员接触到Arduino时，往往意味着在Arduino中缺乏多线程和并发机制，由于一些缺陷。在这章中，我试着修正和展示如何采用嵌入式系统的单线程模型。

15. 第15章“编写程序库”。 总有一天，考虑到别人能够使用，你将把事情做得确实很好。这是把代码打包生成库函数并将其向全世界发布的时代。本章介绍了它的实现方法。

前言/序言

《Arduino编程进阶：75个传感器与执行器深度应用解析》 面向Arduino爱好者和创客，系统性提升硬件交互能力的实战指南。 你是否已经掌握了Arduino的基础语法，能够点亮LED，读取简单的按键？你是否对Arduino的强大潜力充满好奇，渴望将其应用于更复杂、更智能的硬件项目中？你是否在实际开发中屡屡受挫，缺乏将理论知识转化为实际成果的有效方法？那么，《Arduino编程进阶：75个传感器与执行器深度应用解析》将是你不可或缺的下一步。 本书并非一本入门级的Arduino教材，它假定读者已经具备Arduino IDE的基本操作能力、C/C++编程基础，并且了解Arduino的基本硬件接口（如数字I/O、模拟I/O、串口通信等）。在此基础上，本书将带领你深入探索Arduino在传感器数据采集、执行器控制以及软硬件协同设计方面的深度应用，通过75个精心设计的、涵盖广泛领域的实际案例，全面提升你的硬件编程技能和项目开发能力。 本书的独特价值在于： 1. 深度解析，而非浅尝辄止： 许多Arduino书籍可能仅仅是罗列一些传感器和执行器的基本用法。而本书则会深入剖析每一个传感器的原理，讲解其数据输出方式、校准方法、常见干扰及应对策略。对于执行器，本书会探讨其工作机制、驱动方式、PWM控制技巧以及如何实现精确控制。我们不仅仅告诉你“怎么用”，更告诉你“为什么这么用”，以及“在什么情况下可以做得更好”。 2. 75个实战案例，覆盖多元化应用场景： 本书精心挑选了75个具有代表性、能够体现Arduino在不同领域应用潜力的案例。这些案例涵盖了： 环境监测与感知： 温度、湿度、光照、气压、土壤湿度、气体浓度、PM2.5等传感器的精确测量与数据分析，构建智能家居环境监测系统、温室大棚监控系统。 运动与定位： 超声波、红外、激光雷达等距离传感器的应用，加速度计、陀螺仪、指南针等IMU（惯性测量单元）的姿态感知，GPS模块的定位与导航，实现避障机器人、无人机姿态控制、车辆追踪系统。 人机交互与输入： 触摸传感器、旋钮编码器、光敏电阻、电位器、多种按钮类型，以及高级的语音识别模块、手势识别模块，构建更丰富、更直观的用户交互界面。 电机与驱动控制： 直流电机、步进电机、伺服电机的高级控制，包括速度闭环、位置控制、力矩控制，结合H桥驱动器、L298N、DRV8825等，实现精密机械臂、自动化小车、3D打印机等。 通信与网络： 串口通信（UART）、I2C、SPI通信在多模块协同中的应用，以及Wi-Fi、蓝牙、LoRa等无线通信模块的集成，构建物联网设备、远程控制系统、数据采集网络。 显示与反馈： 各种LCD（字符、图形）、OLED、LED点阵屏的驱动与信息展示，蜂鸣器、电机振动器等触觉反馈，实现信息可视化、状态指示、报警系统。 电源管理与能源采集： 太阳能电池板、充电模块、低功耗设计，构建可持续供电的独立节点。 3. 循序渐进，难度递增： 75个案例并非简单堆砌，而是按照难度和技术深度进行了一定的逻辑编排。从基础传感器的进阶应用，到多传感器融合，再到复杂执行器的精密控制，直至涉及无线通信和物联网的综合项目，力求让读者在掌握新知识点的同时，能够不断巩固和拓展已有技能。 4. 代码优化与效率提升： 在每个案例中，我们不仅提供可运行的代码，还会深入探讨代码的逻辑、优化方向，以及如何提高程序的效率和稳定性。例如，如何利用中断处理提高响应速度，如何进行低功耗设计延长电池寿命，如何使用状态机管理复杂逻辑等。 5. 硬件选型与接口电路解析： 对于每一个案例中使用的关键传感器或执行器，本书会提供详细的硬件选型建议，并解析其与Arduino的典型接线方式，包括必要的保护电路、滤波电路等，帮助读者理解硬件层面的设计考量，避免常见的接线错误。 6. 故障排除与调试技巧： 实际项目开发中，调试是必不可少的一环。本书将分享一系列实用的调试技巧，包括串口打印调试、LED指示灯辅助调试、逻辑分析仪的使用入门，以及如何分析常见硬件故障的原因，帮助读者更快地定位和解决问题。 7. 软硬件协同设计理念： 本书强调软件与硬件之间的紧密联系。在设计一个项目时，硬件的特性会直接影响软件的实现方式，反之亦然。本书将通过案例展示，引导读者思考如何在设计初期就将软硬件因素纳入考量，实现最优化的系统方案。 本书适合读者群体： Arduino初学者进阶： 已经掌握Arduino基础，希望进一步提升编程能力，挑战更复杂的硬件项目。 电子爱好者与创客： 热衷于DIY电子项目，渴望将自己的创意变为现实，需要更深入的硬件控制和交互技术。 在校学生与教育者： 学习嵌入式系统、物联网、自动化等相关专业的学生，以及希望在教学中引入更丰富实践案例的教师。 需要进行产品原型开发的设计师与工程师： 需要快速搭建功能原型，验证设计思路，或为小型智能设备开发核心控制逻辑。 翻开本书，你将学会： 如何精确读取和处理来自各种传感器的模拟和数字信号。 如何利用PWM、定时器等高级功能，实现对电机、舵机等执行器的精确控制。 如何通过I2C、SPI等协议，高效地连接和管理多个外围设备。 如何集成Wi-Fi、蓝牙等模块，将你的Arduino项目接入互联网，实现远程监控与控制。 如何设计状态机，优雅地管理复杂的程序逻辑。 如何进行低功耗设计，使你的项目能够长时间独立运行。 如何进行有效的调试，快速定位和解决软硬件问题。 如何根据项目需求，选择合适的传感器和执行器，并进行合理的接口电路设计。 《Arduino编程进阶：75个传感器与执行器深度应用解析》将是你通往Arduino硬件编程更高境界的坚实阶梯。本书将以其严谨的逻辑、丰富的案例和深入的解析，帮助你打破技术瓶颈，释放Arduino的无限潜能，创造出更多令人惊叹的智能硬件作品。让我们一起，从“能用”走向“好用”，从“简单”迈向“智能”！

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排，让我有些许的失望。我以为“75个智能硬件程序设计技巧”会像一个宝库，每一页都隐藏着惊喜，能让我立刻学到一两个能立刻用上的、并且能显著提升我项目能力的窍门。但实际上，很多“技巧”感觉都比较零散，缺乏系统的关联性。比如，我翻到关于传感器数据采集的部分，虽然提到了几种不同的传感器，但对于如何根据实际应用场景选择最合适的传感器，以及如何对采集到的数据进行预处理和滤波，并没有深入的讲解。我更希望看到的是，针对同一类问题，作者能提供多种不同的解决方案，并分析各自的优缺点，以及适用的场景。例如，在处理串口通信时，除了基本的读取和发送，有没有更高级的协议设计，或者如何处理高并发的串口数据流？再比如，在讨论功耗优化时，除了简单的休眠模式，有没有更精细的电源管理策略，或者如何根据任务的优先级来动态调整功耗？这些是我在实际项目开发中经常会遇到，并且渴望找到更优解的问题。这本书更多的是罗列了一些功能性的实现，而缺乏对“为什么”和“如何做得更好”的深入剖析，让我觉得它更像是一个功能集合，而不是一个真正能启发思考和提升能力的“技巧”指南。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程中，我最大的感受是，它更像是一本“上手指南”而非“进阶秘籍”。我原本期望看到一些能够帮助我解决实际开发中遇到的棘手问题的“绝招”，比如如何处理浮点数运算的精度问题，或者如何在资源受限的 Arduino 上实现更复杂的算法，又或者是如何对代码进行单元测试和调试。但书中大部分的例程都相对简单，容易理解，也很容易复制粘贴。这对于完全没有接触过 Arduino 的新手来说，或许是一个不错的起点，但对于我这种已经积累了一定经验的开发者而言，这些内容似乎未能提供足够的挑战和启发。我期待的是能看到一些关于算法优化、数据结构应用、或者与更高层系统（如 PC、服务器、云平台）进行交互的深入探讨。例如，如何设计一个更健壮的错误处理机制，如何在硬件层面实现更安全的通信，或者如何利用一些开源库来快速实现一些高级功能。这本书在这些方面的内容相对薄弱，让我感觉自己像是站在了一个平台边缘，看到了远方的风景，却不知道如何迈出那关键的一步。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很吸引人，色彩搭配大胆而富有科技感，但内容方面，我不得不说，有些地方确实让我感到有些摸不着头脑。我原本是想找一些更进阶的、能让我触类旁通的 Arduino 技巧，比如如何更高效地管理内存，或者如何利用一些鲜为人知但非常实用的库函数来简化复杂的逻辑。然而，翻开书页，大部分篇幅似乎都在介绍一些基础的硬件模块连接和简单的程序逻辑，比如闪烁 LED、读取传感器数据等等。我理解对于初学者来说，这些内容是必不可少的，但对于已经掌握了 Arduino 基本编程知识的我来说，这些内容显得有些重复和冗余。我期待的是能看到一些更深入的探讨，例如如何优化代码性能，如何进行并发编程，或者如何构建更复杂的系统，比如利用 MQTT 协议进行物联网通信，或者集成一些机器学习的算法到 Arduino 项目中。这本书在这方面的内容似乎有所欠缺，让我感觉像是停留在了一个比较初级的水平，未能真正达到“Next Step”所暗示的进阶程度。我希望作者在后续的版本中，能够加入更多面向中高级开发者的内容，分享一些更具挑战性和实用性的编程技巧，这样才能真正帮助读者在 Arduino 编程的道路上更进一步。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的“75个技巧”我并没有完全感受到其“技巧”的精妙之处。很多内容更像是对 Arduino 标准库函数和常见硬件模块功能的组合应用。我期待的“技巧”应该包含一些非传统的、能够显著简化开发流程、提高程序效率、或者实现一些看似困难的功能的“窍门”。例如，在进行传感器数据融合时，有哪些巧妙的算法可以帮助我获得更准确的结果？在进行硬件抽象层设计时，有没有什么通用的模式可以让我编写出更易于维护和扩展的代码？再者，在处理一些低功耗场景时，除了基本的休眠模式，还有哪些更高级的省电策略？这本书在这些方面的内容相对不足，让我觉得它更像是一本“Arduino 功能手册”的扩充版，而不是一本真正能够提升我作为一名程序员的“思维能力”和“解决问题能力”的书籍。我希望作者能够在未来的作品中，多分享一些自己独到的见解和经验，给出一些更具深度和创造性的“编程技巧”，这样才能真正帮助读者突破瓶颈，更上一层楼。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，让我觉得在“智能硬件”这个概念的理解上，存在一些偏差。我原本以为“智能”意味着更高级的逻辑、更自主的学习能力、或者更复杂的交互方式。比如，如何利用传感器数据来预测用户行为，或者如何通过简单的机器学习模型让 Arduino 具备一定的“思考”能力。但书中所展示的“智能硬件”程序设计，更多的是将传感器数据与一些预设的规则进行匹配，实现一些自动化的功能。这在很多情况下是必要的，也是非常实用的，但它似乎未能触及到“智能”更深层次的含义。我希望看到的是，作者能分享一些更具前瞻性的例子，比如如何利用 Arduino 实现简单的自然语言处理，或者如何通过数据分析来优化硬件的运行。此外，在程序设计的技巧方面，我也觉得有些内容可以更深入。例如，在介绍多任务处理时，是否可以更详细地讲解一下 RTOS（实时操作系统）在 Arduino 上的应用？或者在讨论通信协议时，是否可以对比一下不同协议的优缺点，并给出一些选择的建议？这本书在一些关键技术的讲解上，显得有些浅尝辄止，未能充分满足我对“进阶”的需求。

评分☆☆☆☆☆

很有用的书。

评分☆☆☆☆☆

一直信赖京东，速度非常快，还会一如既往的支持。

评分☆☆☆☆☆

很不错，质量也可以，希望有收获

评分☆☆☆☆☆

开开眼界

评分☆☆☆☆☆

很不错，质量也可以，希望有收获

评分☆☆☆☆☆

书太薄，字太大，内容太基础简单，价格太贵，卖20块钱还差不多，京东的图片显得很厚，误导消费者。

评分☆☆☆☆☆

不错不错不错不凑不错哦不错不错不错不凑不错哦

评分☆☆☆☆☆

好评。

评分☆☆☆☆☆

很有指导性，值！点个赞！！！