第0章開源硬件概述

0.1Arduino

0.2Raspberry Pi

0.3BeagleBone

0.4Cubieboard

0.5樂鑫開源硬件

0.5.1ESP8266繫列

0.5.2ESP32繫列

0.5.3ESP32S繫列

0.5.4ESP32C繫列

本章習題

第1章Arduino開源硬件

1.1Arduino UNO開發板

1.1.1Arduino UNO概述

1.1.2Arduino UNO技術規範

1.2Arduino YUN開發板

1.2.1Arduino YUN概述

1.2.2Arduino YUN技術規範

1.3Arduino DUE開發板

1.3.1Arduino DUE概述

1.3.2Arduino DUE技術規範

1.4Arduino MEGA 2560開發板

1.4.1Arduino MEGA 2560概述

1.4.2Arduino MEGA 2560技術規範

1.5Arduino LEONARDO開發板

1.5.1Arduino LEONARDO概述

1.5.2Arduino LEONARDO技術規範

1.6Arduino ETHERNET開發板

1.6.1Arduino ETHERNET概述

1.6.2Arduino ETHERNET技術規範

1.7Arduino ROBOT開發板

1.7.1Arduino ROBOT概述

1.7.2Arduino ROBOT技術規範

1.8Arduino NANO開發板

1.8.1Arduino NANO概述

1.8.2Arduino NANO技術規範

本章習題

第2章Arduino軟件開發平臺

2.1Arduino平臺特點

2.2Arduino IDE的安裝

2.3Arduino IDE的使用

2.4Arduino程序結構

2.5Arduino程序控制

2.5.1基本語法

2.5.2控制結構語句

2.5.3運算符

2.6Arduino數據結構

2.6.1常量定義

2.6.2數據類型

2.6.3變量修飾

本章習題

第3章Arduino函數

3.1Arduino函數概述

3.2數字I/O函數

3.3模擬I/O函數

3.4高級I/O函數

3.5時間函數

3.6中斷函數

3.7串口通信函數

3.8數學函數

3.9字符處理函數

3.10位/字節函數

3.11字符串函數

3.12USB函數

本章習題

第4章Arduino硬件設計平臺

4.1Fritzing軟件簡介

4.1.1主界面

4.1.2項目視圖

4.1.3工具欄

4.2Fritzing使用方法

4.2.件件

4.2.件庫

4.2.3件庫

4.2.4添加件

4.2.件間連線

4.3Arduino電路設計

4.4Arduino開發平臺樣例與編程

本章習題

第5章Arduino開發基礎

5.1Arduino入門開發示例

5.1.1Blink

5.1.2AnalogReadSerial

5.1.3DigitalReadSerial

5.1.4Fade

5.1.5ReadAnalogVoltage

5.2數字信號處理開發示例

5.2.1BlinkWithoutDelay

5.2.2Button

5.2.3Debounce

5.2.4DigitalInputPullup

5.2.5StateChangeDetection

5.2.6toneKeyboard

5.2.7toneMelody

5.2.8toneMultiple

5.2.9tonePitchFollower

5.3模擬信號處理開發示例

5.3.1AnalogInOutSerial

5.3.2AnalogInput

5.3.3AnalogWriteMEGA

5.3.4Calibration

5.3.5Fading

5.3.6Smoothing

本章習題

第6章Arduino庫文件

6.1概述

6.1.1Arduino庫文件導入

6.1.2Arduino開發板管理

6.2EEPROM庫文件

6.3顯示屏庫文件

6.3.1LCD庫文件

6.3.2OLED庫文件

6.4舵機庫文件

6.5SPI庫文件

6.6步進電機庫文件

6.7Wire庫文件

6.8SoftwareSerial庫文件

6.9Ethernet/WiFi庫文件

6.9.1Ethernet類

6.9.2Server類

6.9.3Client類

6.9.4EthernetUDP類

本章習題

第7章Arduino數據采集

7.1溫濕度采集

7.1.1原理

7.1.2電路圖

7.1.3實驗代碼

7.2水位采集

7.2.1原理

7.2.2電路圖

7.2.3實驗代碼

7.3光強采集

7.3.1原理

7.3.2電路圖

7.3.3實驗代碼

7.4氣體傳感器

7.4.1原理

7.4.2電路圖

7.4.3實驗代碼

7.5超聲波傳感器

7.5.1原理

7.5.2電路圖

7.5.3實驗代碼

7.6壓力傳感器

7.6.1原理

7.6.2電路圖

7.6.3實驗代碼

7.7PIR運動傳感器

7.7.1原理

7.7.2電路圖

7.7.3實驗代碼

7.8聲音傳感器

7.8.1原理

7.8.2電路圖

7.8.3實驗代碼

7.9三軸加速傳感器

7.9.1原理

7.9.2電路圖

7.9.3實驗代碼

本章習題

第8章Arduino顯示控制

8.1LED

8.1.1原理

8.1.2電路圖

8.1.3實驗代碼

8.2數碼管

8.2.1原理

8.2.2電路圖

8.2.3實驗代碼

8.3點陣

8.3.1原理

8.3.2電路圖

8.3.3實驗代碼

8.4LCD

8.4.1原理

8.4.2電路圖

8.4.3實驗代碼

8.5OLED

8.5.1原理

8.5.2電路圖

8.5.3實驗代碼

本章習題

第9章Arduino電流控制

9.1直流電機 

9.1.1原理

9.1.2電路圖

9.1.3實驗代碼

9.2步進電機 

9.2.1原理

9.2.2電路圖

9.2.3實驗代碼

9.3舵機

9.3.1原理

9.3.2電路圖

9.3.3實驗代碼

9.4繼電器

9.4.1原理

9.4.2電路圖

9.4.3實驗代碼

本章習題

第10章Arduino通信控制

10.1SPI通信

10.1.1原理

10.1.2電路圖

10.1.3實驗代碼

10.2紅外線通信

10.2.1原理

10.2.2電路圖

10.2.3實驗代碼

10.3RFID通信

10.3.1原理

10.3.2電路圖

10.3.3實驗代碼

10.4以太網通信

10.4.1原理

10.4.2電路圖

10.4.3實驗代碼

10.5WiFi通信

10.5.1原理

10.5.2電路圖

10.5.3實驗代碼

10.6藍牙通信

10.6.1原理

10.6.2電路圖

10.6.3實驗代碼

本章習題

視頻目錄

視 頻 名 稱時長/分鐘位置

第1集0.1280.1節節首

第2集1.1251.1節節首

第3集1.2121.2節節首

第4集1.3111.3節節首

第5集1.4101.4節節首

第6集1.571.5節節首

第7集1.651.6節節首

第8集1.7101.7節節首

第9集1.871.8節節首

第10集2.1~2.4152.1節節首

第11集2.5252.5節節首

第12集2.6172.6節節首

第13集3.173.1節節首

第14集3.2113.2節節首

第15集3.3163.3節節首

第16集3.4213.4節節首

第17集3.573.5節節首

第18集3.6163.6節節首

第19集3.7283.7節節首

第20集3.853.8節節首

第21集3.943.9節節首

第22集3.1043.10節節首

第23集3.11123.11節節首

第24集3.12133.12節節首

第25集4.1~4.4184.1節節首

第26集5.1165.1節節首

第27集5.2395.2節節首

第28集5.3225.3節節首

第29集6.1106.1節節首

第30集6.286.2節節首

第31集6.3.1206.3.1節節首

第32集6.3.2176.3.2節節首

第33集6.486.4節節首

第34集6.5146.5節節首

第35集6.656.6節節首

第36集6.7116.7節節首

第37集6.8146.8節節首

第38集6.9276.9節節首

第39集7.157.1節節首

第40集7.247.2節節首

第41集7.347.3節節首

第42集7.457.4節節首

第43集7.557.5節節首

第44集7.647.6節節首

第45集7.747.7節節首

第46集7.897.8節節首

第47集7.957.9節節首

第48集8.148.1節節首

第49集8.278.2節節首

第50集8.378.3節節首

第51集8.4178.4節節首

第52集8.558.5節節首

第53集9.1109.1節節首

第54集9.2119.2節節首

第55集9.359.3節節首

第56集9.4119.4節節首

第57集10.11510.1節節首

第58集10.2710.2節節首

第59集10.31310.3節節首

第60集10.41510.4節節首

第61集10.51810.5節節首

第62集10.61510.6節節首

注： 共62集750分鐘

自21世紀以來，信息技術的發展日新月異，特別是經過近五年的快速發展，移動互聯網、物聯網、智能硬件給社會帶來了巨大的影響，個性化、定制化和時尚化的智能硬件設備已經成為未來發展的趨勢。大學作為傳播知識、科研創新、服務社會的主要機構，為社會培養具有創新思維的現代化人纔責無旁貸，而具有時代特色的教材又是培養現代化人纔的基礎，所以教材的重要性不言而喻。

工業的發展使人類社會經歷了大規模機械化生產、電氣化生產、自動化生產、智能定制化生產的階段。不同的發展階段對人纔的需求是不同的，因此，人纔培養模式在不同的時代背景下，應該具有不同的要求。作者依據當今信息社會的發展趨勢，結合智能硬件的發展需求，基於工程教育教學經驗，探索工程教育的基本方法，力求編寫出適合我國國情的具有自身特色的創新實踐教材。

本書針對實踐教學，總結了開源硬件的發展，並詳細介紹了Arduino開源硬件的開發方法，給出了繫統開發Arduino智能開源硬件產品的實際案例。主要內容包括三個方面： 第0～3章介紹了Arduino開源硬件的發展、常用的開發板、Arduino IDE的使用和相關的編程語言等基本知識； 第4～6章介紹了Arduino開發產品的基本方法，包括硬件設計Fritzing的使用、Arduino入門程序設計和擴展板的使用； 第7～10章介紹了外圍設備、傳感器的使用方法及各種傳感器模塊，從原理、電路連接和實驗方法進行描述，希望對教育教學有所幫助，起到拋磚引玉的作用。

本書的內容和素材（除了引用的參考文獻之外）主要來源於以下幾個方面： 作者所在學校近幾年承擔的教育廳和北京市的教育、教學改革項目與成果； 作者指導的研究生在物聯網和智能硬件方面的研究工作及成果總結； 北京郵電大學信息工程專業的創新實踐，該專業的學生通過基於CDIO工程教育方法，實現了創新產品，不但學到了知識，提高了能力，而且為本書提供了第一手素材和資料，在此向信息工程專業的所有學生表示感謝。

本書的編寫得到了教育廳電子信息類專業教學指導委員會、信息工程專業國家第一類特色專業建設項目、信息工程專業國家第二類特色專業建設項目、教育廳CDIO工程教育模式研究與實踐項目、教育廳本科教學工程項目、信息工程專業北京市特色專業項目、北京高等學校教育教學改革項目的大力支持； 本書得到北京郵電大學教學綜合改革項目（2020JC03）資助，在此表示感謝！

由於作者水平有限，書中不當之處在所難免，衷心地希望各位讀者多提寶貴意見，以便作者進一步修改和完善書稿。

李永華

2023年2月於北京郵電大學