Arduino高級開發權威指南（原書第2版）

前言

第1章　入門 1
1.1　概述 1
1.2　入門 1
1.3　Arduino UNO R3 3
1.4　案例：自主迷宮導航機器人 5
1.4.1　結構圖 6
1.4.2　UML活動圖 7
1.4.3　Arduino UNO R3系統 7
1.5　Arduino開源原理圖 7
1.6　其他基於Arduino的硬件平台 9
1.7　擴展Arduino平台的硬件功能特性 9
1.8　Arduino軟件 10
1.9　Arduino UNO R3/ATmega328芯片硬件功能 10
1.9.1　內存單元 12
1.9.2　端口系統 12
1.9.3　內部系統 13
1.10　應用：Arduino設備套件 16
1.11　小結 17
1.12　參考文獻 17
1.13　本章習題 17

第2章　編程 18
2.1　概述 18
2.2　編程大圖 18
2.3　解析程序 20
2.3.1　注釋 21
2.3.2　包含文件 21
2.3.3　函數 22
2.3.4　程序常量 24
2.3.5　中斷處理器定義 24
2.3.6　變量 24
2.3.7　主程序 25
2.4　基本的編程概念 25
2.4.1　運算符 25
2.4.2　編程結構 29
2.4.3　決策處理 30
2.5　Arduino開發環境 32
2.5.1　背景 33
2.5.2　Arduino開發環境簡介 33
2.5.3　速寫本概念 34
2.5.4　Arduino軟件、庫以及Arduino語言參考資料 34
2.6　應用1：機器人紅外距離傳感器 36
2.7　應用2：藝術照明系統 39
2.8　小結 39
2.9　參考文獻 40
2.10　本章習題 40

第3章　嵌入式系統設計 41
3.1　什麼是嵌入式系統 41
3.2　嵌入式系統設計流程 42
3.2.1　項目說明 42
3.2.2　背景研究 42
3.2.3　前期設計 43
3.2.4　設計 43
3.2.5　實現原型 45
3.2.6　初步測試 45
3.2.7　完整並准確的文檔記錄 46
3.3　案例：Blinky 602A自主迷宮導航機器人系統設計 46
3.4　應用：Blinky 602A機器人的控制算法 51
3.5　小結 57
3.6　參考文獻 58
3.7　本章習題 58

第4章　串行數據通信子系統 59
4.1　概述 59
4.2　串行通信 59
4.3　串行通信術語 60
4.4　串行USART 62
4.5　串行系統運行以及使用Arduino開發環境功能編程 65
4.6　串行系統運行以及在C開發環境中的編程 68
4.7　SPI在Arduino開發環境中編程 71
4.8　SPI在C開發環境中編程 72
4.9　兩線串行接口——TWI 73
4.10　應用1：SD/MMC卡模塊通過USART擴展 73
4.11　應用2：通過ISP對ArduinoUNO R3控制板的ATmega328芯片編程 76
4.12　小結 78
4.13　參考文獻 78
4.14　本章習題 78

第5章　模數轉換器 79
5.1　概述 79
5.2　采樣、量化和編碼 80
5.3　模數轉換過程 83
5.3.1　換能器接口設計電路 83
5.3.2　運算放大器 85
5.4　模數轉換技術 88
5.5　Atmel公司的ATmega328芯片ADC系統 89
5.5.1　框架圖 89
5.5.2　寄存器 90
5.6　使用Arduino開發環境為模數轉換功能編程 92
5.7　使用C開發環境為模數轉換功能編程 92
5.8　實例：ADC雨量計指示燈 93
5.8.1　ADC雨量計指示燈（使用Arduino開發環境） 94
5.8.2　ADC雨量計指示燈（使用C開發環境） 97
5.8.3　ADC雨量計指示燈（基於Arduino開發環境的C編程混合優化） 102
5.9　一位模數轉換（閾值檢測器） 103
5.10　數模轉換器（DAC） 105
5.10.1　數模轉換器（使用Arduino開發環境） 106
5.10.2　數模轉換器（外接轉換器） 106
5.11　應用：藝術作品照明系統——優化 107
5.12　小結 109
5.13　參考文獻 110
5.14　本章習題 111

第6章　中斷子系統 112
6.1　概述 112
6.2　ATmega328中斷系統 113
6.3　中斷編程 113
6.4　基於C語言及Arduino開發環境的中斷編程 114
6.4.1　外部中斷編程 114
6.4.2　內部中斷編程 117
6.5　前台處理和后台處理 121
6.6　中斷例程 121
6.6.1　C語言中的實時時鍾 121
6.6.2　Arduino開發環境中的實時時鍾 123
6.6.3　用C語言中斷驅動的USART 125
6.7　小結 134
6.8　參考文獻 134
6.9　本章習題 134

第7章　定時器子系統 136
7.1　概述 136
7.2　有關定時器的術語 136
7.2.1　頻率 137
7.2.2　周期 137
7.2.3　占空比 137
7.3　定時器系統概述 138
7.4　應用 139
7.4.1　輸入捕捉——測量外部定時事件 140
7.4.2　計數事件 140
7.4.3　輸出比較——對外部設備接口產生定時信號 141
7.4.4　工業實施案例研究（PWM） 141
7.5　Atmel公司的ATmega328控制器上的定時器系統概述 142
7.6　Timer 0系統 143
7.6.1　運行模式 144
7.6.2　Timer 0寄存器 146
7.7　Timer 1 148
7.7.1　Timer 1寄存器 149
7.8　Timer 2 151
7.9　利用Arduino開發環境中內置的時鍾功能在Arduino UNO R3控制板上編程 154
7.10　用C語言編寫定時器系統 154
7.10.1　C語言中的精確延時 154
7.10.2　C語言中的PWM 156
7.10.3　在C語言中輸入捕獲模式 157
7.11　基於C語言的伺服電機控制的PWM系統 158
7.12　小結 162
7.13　參考文獻 162
7.14　本章習題 163

第8章　Atmel AVR系列微控制器運行參數和接口 164
8.1　概述 164
8.2　運行參數 165
8.3　電池供電 167
8.3.1　嵌入式系統電壓和電流消耗規格 167
8.3.2　電池特性 167
8.4　輸入設備 168
8.4.1　開關 168
8.4.2　開關接口電路中的上拉電阻 169
8.4.3　開關去抖動 169
8.4.4　鍵盤 170
8.4.5　傳感器 174
8.4.6　LM34溫度傳感器案例 176
8.5　輸出設備 176
8.5.1　發光二極管 176
8.5.2　七段碼LED顯示 176
8.5.3　代碼樣例 178
8.5.4　三態LED指示燈 179
8.5.5　點陣屏 180
8.5.6　使用C編程液晶字符顯示屏（LCD） 182
8.5.7　使用Arduino開發環境編程液晶字符顯示屏（LCD） 188
8.5.8　大功率直流設備 189
8.6　直流電磁閥控制 189
8.7　直流電機速度和方向控制 190
8.7.1　直流電機運行參數 191
8.7.2　H橋方向控制 191
8.7.3　伺服電機接口 192
8.7.4　步進電機控制 192
8.7.5　交流設備 198
8.8　驅動其他設備 199
8.8.1　報警器、蜂鳴器 199
8.8.2　振動電機 199
8.9　擴展實例1：自動風扇制冷系統 200
8.10　擴展實例2：藝術燈光系統 207
8.11　擴展實例3：飛行模擬器操控面板 211
8.12　擴展實例4：潛水機器人 231
8.12.1　需求 233
8.12.2　結構圖 233
8.12.3　電路圖 234
8.12.4　UML活動圖 234
8.12.5　微控制器程序 235
8.12.6　項目衍生 237
8.13　擴展實例5：氣象站 237
8.13.1　需求 237
8.13.2　結構圖 238
8.13.3　電路圖 238
8.13.4　UML活動圖 240
8.13.5　微控制器程序 241
8.14　小結 248
8.15　參考文獻 248
8.16　本章習題 249

附錄A　 ATmega328寄存器設置 252
附錄B　ATmega328頭文件 256