前言

本書將幫助你探索可以用 Arduino 實(shí)現(xiàn)的神奇事情。

Arduino 是一個(gè)微控制器（微型計(jì)算機(jī)）系列，也是一個(gè)軟件創(chuàng)建環(huán)境，它讓你可以輕 松地創(chuàng)建能與現(xiàn)實(shí)世界交互的程序［稱為草圖（sketch）］。你用 Arduino 創(chuàng)造的東西可 以感知并響應(yīng)觸摸、聲音、位置、熱量和光線。這種類型的技術(shù)通常被稱為物理計(jì)算， 它可應(yīng)用于智能手機(jī)、汽車電子系統(tǒng)等各種事物。借助 Arduino，任何人甚至沒(méi)有 編程或電子設(shè)備開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人都可以使用這種多樣而復(fù)雜的技術(shù)。

目標(biāo)讀者

本書的目標(biāo)讀者是那些有興趣使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)與環(huán)境交互的人。它還適合那些想要快 速找到解決軟硬件問(wèn)題的方法的人閱讀。書中各章提供了完成各種任務(wù)所需的信息，還幫助你定制解決方案，以滿足特定需求。由于篇幅有限，本書無(wú)法涵蓋相關(guān)的理論知識(shí)，想了解編程或電子開發(fā)知識(shí)的讀者，可以查閱后面的沒(méi)有考慮的知識(shí)中提供的 參考書目。

如果你有一個(gè)交互項(xiàng)目的好創(chuàng)意，但沒(méi)有開發(fā)它的技能，本書將通過(guò)200多個(gè)常見的任務(wù)幫助你學(xué)習(xí)如何編寫有效的代碼。

如果你想了解如何入門Arduino，可以閱讀 Massimo Banzi和Michael Shiloh編寫的 Getting Started with Arduino（Make Community）。
如果你有一些編程經(jīng)驗(yàn)，但是剛剛接觸 Arduino，本書將通過(guò)展示如何利用 Arduino的功能實(shí)現(xiàn)你的項(xiàng)目，幫助你快速開發(fā)系統(tǒng)。

已經(jīng)在使用 Arduino 的人應(yīng)該會(huì)發(fā)現(xiàn)，本書中的實(shí)際例子對(duì)快速學(xué)習(xí)新技術(shù)很有幫助。 本書將通過(guò)向你展示如何解決問(wèn)題和使用你可能未曾使用過(guò)的功能，來(lái)幫助你著手處理 更復(fù)雜的項(xiàng)目。
有經(jīng)驗(yàn)的C/C 程序員可以在本書中找到關(guān)于如何在 Arduino環(huán)境中使用底層AVR資源（中斷、計(jì)時(shí)器、I2C、以太網(wǎng)等）來(lái)構(gòu)建應(yīng)用程序的例子。

內(nèi)容架構(gòu)

本書包含Arduino的廣泛功能，包括基本概念、常見任務(wù)和先進(jìn)技術(shù)。每一節(jié)都將介紹一種技術(shù)并展示如何利用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)特定的功能。因此，你不需要嚴(yán)格按順序閱讀本書。

第 1 章介紹Arduino環(huán)境，幫助你安裝Arduino開發(fā)環(huán)境并開始使用。該章將介紹一些受歡迎的新電路板。

第 2 章介紹基本的軟件概念和任務(wù)。

第 3 章演示如何使用常見的數(shù)學(xué)函數(shù)。

第 4 章描述如何使Arduino與計(jì)算機(jī)及其他設(shè)備連接和通信。串行是Arduino輸入和輸出的最常用方法，本書中的許多解決方案都使用了這種功能。

第 5 章介紹一系列讀取數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的基本技術(shù)。

第 6 章以第5章中的概念為基礎(chǔ)，介紹如何使用設(shè)備，使Arduino能夠感知觸摸、聲音、位置、熱量和光線。

第 7 章介紹如何控制光源。解決方案包括如何開關(guān)一個(gè)或多個(gè)LED以及如何控制LED的亮度和顏色。該章還將介紹如何驅(qū)動(dòng)條形圖和數(shù)字顯示，以及使用LED陣列創(chuàng)建模式和動(dòng)畫。此外，該章還為新手提供了對(duì)數(shù)字輸出和模擬輸出的一般介紹。

第 8 章介紹如何通過(guò)Arduino控制電機(jī)來(lái)移動(dòng)物體。使用的電機(jī)類型包括：螺線管電機(jī)、 伺服電機(jī)、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。

第 9 章展示如何使用Arduino通過(guò)輸出設(shè)備（如揚(yáng)聲器）生成聲音，包括播放簡(jiǎn)單的音調(diào)和旋律，以及播放WAV文件和MIDI。

第 10 章介紹可以用于與幾乎任何使用某種形式的遙控器控制的設(shè)備（包括電視、音頻設(shè)備、照相機(jī)、車庫(kù)門、電器和玩具等）交互的技術(shù)。該章基于前面章節(jié)中用于將Arduino連接到設(shè)備和模塊的技術(shù)。

第 11 章介紹接口文本和圖形LCD。該章展示如何連接這些設(shè)備來(lái)顯示文本、滾動(dòng)或突 出文字，以及創(chuàng)建特殊的符號(hào)和字符。

第 12 章涵蓋 Arduino 內(nèi)置的時(shí)間相關(guān)功能，以及用來(lái)處理時(shí)間延遲、時(shí)間測(cè)量以及現(xiàn)實(shí)世界的時(shí)間和日期的技術(shù)。

第 13 章介紹集成電路（I2C）和串行外圍接口（SPI）標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)提供了在傳感器和 Arduino之間傳輸數(shù)字信息的簡(jiǎn)單方法。該章還介紹如何使用I2C和SPI連接到常用設(shè)備，以及如何使用用于多板應(yīng)用的I2C連接兩個(gè)或多個(gè)Arduino板。

第 14 章介紹如何與XBee、藍(lán)牙等無(wú)線模塊進(jìn)行無(wú)線通信。該章將提供簡(jiǎn)單的無(wú)線串口更換、連接多個(gè)板到多個(gè)傳感器的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等例子。

第 15 章描述在互聯(lián)網(wǎng)上使用Arduino的多種方式。該章舉例說(shuō)明如何建立和使用Web客戶端與服務(wù)器，展示如何在常見的互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議下使用Arduino，以及如何將Arduino連接到物聯(lián)網(wǎng)。
Arduino軟件庫(kù)是向Arduino環(huán)境添加功能的標(biāo)準(zhǔn)方式。

第 16 章介紹如何使用和修改軟件庫(kù)，以及如何創(chuàng)建自己的庫(kù)。

第 17 章涵蓋高級(jí)編程技術(shù)，可以用來(lái)使草圖更高效它們可以幫助提高性能并減少草圖的代碼體量。

第 18 章展示如何訪問(wèn)和使用沒(méi)有通過(guò)文檔化的 Arduino 語(yǔ)言完全公開的硬件函數(shù)，包括硬件輸入 / 輸出寄存器、計(jì)時(shí)器和中斷的底層使用。

附錄 A 提供本書使用的電子元件的概述。 附錄 B 解釋如何使用原理圖和數(shù)據(jù)手冊(cè)。

附錄 C 提供關(guān)于使用面包板、連接并使用外部電源和電池以及使用電容去耦的簡(jiǎn)要介紹。

附錄 D 提供關(guān)于修復(fù)編譯和運(yùn)行時(shí)問(wèn)題的提示。 附錄E涵蓋有關(guān)電子電路的問(wèn)題

附錄 F 提供標(biāo)準(zhǔn) Arduino 板上引腳的功能表。 附錄G提供 ASCII字符表。

沒(méi)有考慮的知識(shí)

本書沒(méi)有涵蓋電子開發(fā)的理論和實(shí)踐知識(shí)。要了解這方面的更多細(xì)節(jié)，可以參考互聯(lián)網(wǎng)上的材料或以下書籍：
?　　Make: Electronics，第 2 版，作者 Charles Platt（Make Community）。
?　　Getting Started in Electronics，作者 Forrest M. Mims，Ⅲ（Master Publishing）。
?　　Practical Electronics for Inventors，第 4 版，作者 Paul Scherz 和 Simon Monk （McGraw-Hill）。
?　　The Art of Electronics，作者 Paul　Horowitz 和 Winfield　Hill （Cambridge University Press）。

本書雖然介紹如何編寫代碼來(lái)完成特定的任務(wù)，但它不是一本 C 或 C （Arduino 開發(fā) 環(huán)境建立在這些語(yǔ)言之上）編程書。本書簡(jiǎn)要地解釋了相關(guān)的編程概念，但沒(méi)有足夠的篇幅來(lái)解釋細(xì)節(jié)。如果你想了解更多關(guān)于 C 和 C 的知識(shí)，可以參考下面的書：
?　　Head First C: A Brain-Friendly Guide，作者 David Griffiths 和 Dawn Griffiths （OReilly）。
?　　A Book on C，作者 Al Kelley 和 Ira Pohl（Addison-Wesley）。
?　　The　C Programming Language，作者 Brian W. Kernigh an 和 Dennis M . Ritchie （Prentice Hall）。這是一本很受歡迎的書，雖然對(duì)初學(xué)者不是特別友好，但它教會(huì)了 很多人用 C 語(yǔ)言編程。
?　　Expert　C Programming: Deep　C Secrets，作者 Peter van der Linden（Prentice Hall）。 雖然這本書有些過(guò)時(shí)，但它提供了為什么 C 像現(xiàn)在這樣的見解。

代碼風(fēng)格

本書使用的代碼都經(jīng)過(guò)了精心設(shè)計(jì)，可以清楚地說(shuō)明每個(gè)解決方案所涵蓋的主題。因此， 本書避免了一些常見的編碼快捷方式（尤其是在靠前的章）。有經(jīng)驗(yàn)的 C 程序員經(jīng)常使用 豐富但簡(jiǎn)潔的表達(dá)式，這些表達(dá)式效率很高，但對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)讀起來(lái)有點(diǎn)困難。例如，前面的章使用顯式表達(dá)式來(lái)增加變量，這些表達(dá)式對(duì)于非專業(yè)程序員來(lái)說(shuō)很容易閱讀：
result = result 1; // increment the count
而經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員通常使用下面的方法實(shí)現(xiàn)同樣的功能：
result ; ll increment using the post-increment operator
請(qǐng)注意，使用簡(jiǎn)潔形式對(duì)于性能和代碼體量都沒(méi)有影響。

一些常見的編程表達(dá)式通常會(huì)以簡(jiǎn)潔的形式使用。例如，循環(huán)表達(dá)式的寫法如下：
for(inti=0;i<4;i )
這相當(dāng)于：
lnt i
for(1=8it<4:t=1 1)

要了解更多關(guān)于這些和其他貫穿全書的表達(dá)的細(xì)節(jié)，請(qǐng)參閱第2章。

好的編程實(shí)踐包括確保所使用的值是有效的，這就需要在使用這些值之前進(jìn)行檢查。然而，為了使代碼集中于解決方案的主題，本書只包含很少的錯(cuò)誤檢查代碼。

Arduino平臺(tái)發(fā)布說(shuō)明

本書已經(jīng)更新到 Arduino 1.8.x 并且進(jìn)行了測(cè)試。書中的代碼已經(jīng)針對(duì)這個(gè)版本進(jìn)行了 更新，并發(fā)布在兩個(gè)存儲(chǔ)庫(kù)中： 一個(gè)包含所有的 Arduino sketch，另一個(gè)包含所有的 Processing sketch。

如果你在練習(xí)時(shí)遇到問(wèn)題，請(qǐng)參見附錄 D，其中介紹了解決軟件問(wèn)題的方法。如果你需 要更多幫助，可以在 Arduino 論壇（https://forum.arduino.cc）上發(fā)布問(wèn)題。

第 3 版注釋

和第2版相比，第3版涵蓋了大量新主板，處理能力、內(nèi)存、通信能力和規(guī)格都有了很大改善。雖然本書的每一版都會(huì)增加一些內(nèi)容，但不可能深入地涵蓋讀者可能希望做 的所有事情。這一版的重點(diǎn)是確保內(nèi)容匹配 Arduino的更新，并提供自上一個(gè)版本以來(lái) Arduino 社區(qū)可用的豐富功能的概述，以幫助你使用這一驚人的技術(shù)。

注意，如果你使用的是較早的 Arduino版本，你仍然可以下載本書的第2版和第1 的代碼：http://examples.oreilly.com/9780596802486 和 http://examples.oreilly.com/0636920022244。