本书是介绍Arduino基础入门以及应用的权威手册，适合新手入门使用，也适合有经验的开发者查漏补缺。第1章从最基础的Arduino开发环境搭建讲起，第2章着重讲解了Arduino所用开发语言的基础语法，第3章讲解了用代码实现数学运算。后续各章则通过一个个应用场景将各个技术点逐一展开介绍，不但提供了完整的代码，而且详细解释了涉及的技术原理。本书的最后三章（即第16～18章）则介绍了开发中常用的高级技巧。

学完本书，你将：
·快速了解Arduino开发板和基本的软件概念。
·学习读取数字信号和模拟信号的基础技术。
·将Arduino与各种流行的输入设备和传感器结合使用。
·驱动可视显示器，产生声音并控制几种类型的电机。
·使用远程控制（包括电视和电器）与设备进行交互。
·学习处理时间延迟和时间测量的技术。
·应用高级编码和内存处理技术。

前言

本书将帮助你探索可以用 Arduino 实现的神奇事情。

Arduino 是一个微控制器（微型计算机）系列，也是一个软件创建环境，它让你可以轻 松地创建能与现实世界交互的程序［称为草图（sketch）］。你用 Arduino 创造的东西可 以感知并响应触摸、声音、位置、热量和光线。这种类型的技术通常被称为物理计算， 它可应用于智能手机、汽车电子系统等各种事物。借助 Arduino，任何人甚至没有 编程或电子设备开发经验的人都可以使用这种多样而复杂的技术。

目标读者

本书的目标读者是那些有兴趣使用计算机技术来与环境交互的人。它还适合那些想要快 速找到解决软硬件问题的方法的人阅读。书中各章提供了完成各种任务所需的信息，还帮助你定制解决方案，以满足特定需求。由于篇幅有限，本书无法涵盖相关的理论知识，想了解编程或电子开发知识的读者，可以查阅后面的没有考虑的知识中提供的 参考书目。

如果你有一个交互项目的好创意，但没有开发它的技能，本书将通过200多个常见的任务帮助你学习如何编写有效的代码。

如果你想了解如何入门Arduino，可以阅读 Massimo Banzi和Michael Shiloh编写的 Getting Started with Arduino（Make Community）。
如果你有一些编程经验，但是刚刚接触 Arduino，本书将通过展示如何利用 Arduino的功能实现你的项目，帮助你快速开发系统。

已经在使用 Arduino 的人应该会发现，本书中的实际例子对快速学习新技术很有帮助。 本书将通过向你展示如何解决问题和使用你可能未曾使用过的功能，来帮助你着手处理 更复杂的项目。
有经验的C/C 程序员可以在本书中找到关于如何在 Arduino环境中使用底层AVR资源（中断、计时器、I2C、以太网等）来构建应用程序的例子。

内容架构

本书包含Arduino的广泛功能，包括基本概念、常见任务和先进技术。每一节都将介绍一种技术并展示如何利用这种技术实现特定的功能。因此，你不需要严格按顺序阅读本书。

第 1 章介绍Arduino环境，帮助你安装Arduino开发环境并开始使用。该章将介绍一些受欢迎的新电路板。

第 2 章介绍基本的软件概念和任务。

第 3 章演示如何使用常见的数学函数。

第 4 章描述如何使Arduino与计算机及其他设备连接和通信。串行是Arduino输入和输出的最常用方法，本书中的许多解决方案都使用了这种功能。

第 5 章介绍一系列读取数字信号和模拟信号的基本技术。

第 6 章以第5章中的概念为基础，介绍如何使用设备，使Arduino能够感知触摸、声音、位置、热量和光线。

第 7 章介绍如何控制光源。解决方案包括如何开关一个或多个LED以及如何控制LED的亮度和颜色。该章还将介绍如何驱动条形图和数字显示，以及使用LED阵列创建模式和动画。此外，该章还为新手提供了对数字输出和模拟输出的一般介绍。

第 8 章介绍如何通过Arduino控制电机来移动物体。使用的电机类型包括：螺线管电机、 伺服电机、直流电机和步进电机。

第 9 章展示如何使用Arduino通过输出设备（如扬声器）生成声音，包括播放简单的音调和旋律，以及播放WAV文件和MIDI。

第 10 章介绍可以用于与几乎任何使用某种形式的遥控器控制的设备（包括电视、音频设备、照相机、车库门、电器和玩具等）交互的技术。该章基于前面章节中用于将Arduino连接到设备和模块的技术。

第 11 章介绍接口文本和图形LCD。该章展示如何连接这些设备来显示文本、滚动或突 出文字，以及创建特殊的符号和字符。

第 12 章涵盖 Arduino 内置的时间相关功能，以及用来处理时间延迟、时间测量以及现实世界的时间和日期的技术。

第 13 章介绍集成电路（I2C）和串行外围接口（SPI）标准。这些标准提供了在传感器和 Arduino之间传输数字信息的简单方法。该章还介绍如何使用I2C和SPI连接到常用设备，以及如何使用用于多板应用的I2C连接两个或多个Arduino板。

第 14 章介绍如何与XBee、蓝牙等无线模块进行无线通信。该章将提供简单的无线串口更换、连接多个板到多个传感器的网状网络等例子。

第 15 章描述在互联网上使用Arduino的多种方式。该章举例说明如何建立和使用Web客户端与服务器，展示如何在常见的互联网通信协议下使用Arduino，以及如何将Arduino连接到物联网。
Arduino软件库是向Arduino环境添加功能的标准方式。

第 16 章介绍如何使用和修改软件库，以及如何创建自己的库。

第 17 章涵盖高级编程技术，可以用来使草图更高效它们可以帮助提高性能并减少草图的代码体量。

第 18 章展示如何访问和使用没有通过文档化的 Arduino 语言完全公开的硬件函数，包括硬件输入 / 输出寄存器、计时器和中断的底层使用。

附录 A 提供本书使用的电子元件的概述。 附录 B 解释如何使用原理图和数据手册。

附录 C 提供关于使用面包板、连接并使用外部电源和电池以及使用电容去耦的简要介绍。

附录 D 提供关于修复编译和运行时问题的提示。 附录E涵盖有关电子电路的问题

附录 F 提供标准 Arduino 板上引脚的功能表。 附录G提供 ASCII字符表。

没有考虑的知识

本书没有涵盖电子开发的理论和实践知识。要了解这方面的更多细节，可以参考互联网上的材料或以下书籍：
?　　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）。

本书虽然介绍如何编写代码来完成特定的任务，但它不是一本 C 或 C （Arduino 开发 环境建立在这些语言之上）编程书。本书简要地解释了相关的编程概念，但没有足够的篇幅来解释细节。如果你想了解更多关于 C 和 C 的知识，可以参考下面的书：
?　　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）。这是一本很受欢迎的书，虽然对初学者不是特别友好，但它教会了 很多人用 C 语言编程。
?　　Expert　C Programming: Deep　C Secrets，作者 Peter van der Linden（Prentice Hall）。 虽然这本书有些过时，但它提供了为什么 C 像现在这样的见解。

代码风格

本书使用的代码都经过了精心设计，可以清楚地说明每个解决方案所涵盖的主题。因此， 本书避免了一些常见的编码快捷方式（尤其是在靠前的章）。有经验的 C 程序员经常使用 丰富但简洁的表达式，这些表达式效率很高，但对初学者来说读起来有点困难。例如，前面的章使用显式表达式来增加变量，这些表达式对于非专业程序员来说很容易阅读：
result = result 1; // increment the count
而经验丰富的程序员通常使用下面的方法实现同样的功能：
result ; ll increment using the post-increment operator
请注意，使用简洁形式对于性能和代码体量都没有影响。

一些常见的编程表达式通常会以简洁的形式使用。例如，循环表达式的写法如下：
for(inti=0;i<4;i )
这相当于：
lnt i
for(1=8it<4:t=1 1)

要了解更多关于这些和其他贯穿全书的表达的细节，请参阅第2章。

好的编程实践包括确保所使用的值是有效的，这就需要在使用这些值之前进行检查。然而，为了使代码集中于解决方案的主题，本书只包含很少的错误检查代码。

Arduino平台发布说明

本书已经更新到 Arduino 1.8.x 并且进行了测试。书中的代码已经针对这个版本进行了 更新，并发布在两个存储库中： 一个包含所有的 Arduino sketch，另一个包含所有的 Processing sketch。

如果你在练习时遇到问题，请参见附录 D，其中介绍了解决软件问题的方法。如果你需 要更多帮助，可以在 Arduino 论坛（https://forum.arduino.cc）上发布问题。

第 3 版注释

和第2版相比，第3版涵盖了大量新主板，处理能力、内存、通信能力和规格都有了很大改善。虽然本书的每一版都会增加一些内容，但不可能深入地涵盖读者可能希望做 的所有事情。这一版的重点是确保内容匹配 Arduino的更新，并提供自上一个版本以来 Arduino 社区可用的丰富功能的概述，以帮助你使用这一惊人的技术。

注意，如果你使用的是较早的 Arduino版本，你仍然可以下载本书的第2版和第1 的代码：http://examples.oreilly.com/9780596802486 和 http://examples.oreilly.com/0636920022244。

Michael Margolis是实时计算领域的技术专家，擅长开发和实现用于与环境交互的软硬件。他曾任职于索尼、微软、朗讯贝尔实验室，拥有30多年的高级开发经验。他为Arduino1.0官方发行版编写过一些库和核心软件。
Brian Jepson在领英学习从事设计管理和工程管理工作。
Nicholas Robert Weldin在英国东伦敦大学的里克斯中心工作，帮助有学习困难的人获取在线资源。

前言1
第1章 入门指南11
1.0 概述11
1.1 安装集成开发环境15
1.2 安装Arduino板19
1.3 使用集成开发环境配制一个Arduino草图 21
1.4 上传和运行Blink草图24
1.5 创建和保存草图25
1.6 第一个简单的Arduino 项目28
1.7 使用不包含在标准发布库中的开发板33
1.8 使用32位Arduino板（或兼容板）36
第2章 Arduino编程40
2.0 简介40
2.1 典型的Arduino sketch41
2.2 使用简单基本类型（变量）42
2.3 使用浮点数45
2.4 使用数组48
2.5 使用Arduino字符串函数51
2.6 使用C字符串56
2.7 将逗号分隔的文本拆分为组57
2.8 将数字转换为字符串60
2.9 将字符串转换为数字62
2.10 将代码结构化为功能块65
2.11 从函数返回多个值69
2.12 条件语句72
2.13 重复一个语句序列73
2.14 用计数器重复陈述75
2.15 跳出循环77
2.16 基于单个变量采取不同的操作79
2.17 比较字符和数字值81
2.18 字符串的比较83
2.19 执行逻辑比较85
2.20 执行位运算86
2.21 复合运算和赋值88
第3章 数学运算90
3.0 简介90
3.1 加减乘除90
3.2 让变量递增或者递减92
3.3 两数相除的余数93
3.4 获取绝对值94
3.5 约束一个数为指定范围内的值95
3.6 找出最大值或者最小值96
3.7 幂运算97
3.8 计算平方根98
3.9 浮点数向上和向下取整98
3.10 三角函数99
3.11 随机数100
3.12 设置和读取位103
3.13 移位操作107
3.14 截取整型或者长整型的高位和低位字节108
3.15 通过高字节和低字节组成一个整型或者长整型110
第4章 串口通信113
4.0 简介113
4.1 从Arduino发送消息到计算机119
4.2 发送格式化的文本和数值数据123
4.3 Arduino接收串口数据128
4.4 在单条消息中发送多个文本字段132
4.5 在Arduino上从单条消息中接收多个文本字段139
4.6 从Arduino发送二进制数据141
4.7 在计算机上接收来自Arduino的二进制数据146
4.8 从Processing发送二进制数据到Arduino148
4.9 发送多个Arduino引脚的值151
4.10 将Arduino数据记录到计算机文件中155
4.11 发送数据到多个串口设备158
4.12 从多个串口设备接收数据162
4.13 在树莓派上使用Arduino167
第5章 简单的数字输入和模拟输入172
5.0简介172
5.1使用开关176
5.2使用一个无外部电阻器的开关179
5.3 按下开关时进行可靠的检测（去抖动）181
5.4确定开关被按下的时间184
5.5读取键盘189
5.6读取模拟值192
5.7 改变数值范围194
5.8 读取6个以上的模拟输入196
5.9测量5V内的电压199
5.10 响应电压变化202
5.11测量大于5V的电压（分压器）204
第6章 获取传感器的输入206
6.0 简介206
6.1 一个内置多个传感器的Arduino208
6.2 运动检测211
6.3 检测光强214
6.4 检测生物的动作216
6.5 测量距离218
6.6 精确测量距离223
6.7 检测振动225
6.8 检测声音227
6.9 测量温度231
6.10 读取 RFID（NFC）标签235
6.11 追踪旋转动作238
6.12 在繁忙程序里使用中断追踪旋转动作241
6.13 使用鼠标243
6.14 从GPS获取位置信息247
6.15 使用陀螺仪检测旋转252
6.16 检测方向254
6.17 读取加速度计257
第7章 可视化输出260
7.0 简介260
7.1 连接和使用LED264
7.2 调节LED的亮度267
7.3 驱动高能耗LED268
7.4 调节LED的颜色270
7.5 控制大量彩色LED273
7.6 串联多个LED：绘制条形图276
7.7 串联多个LED：流水序列281
7.8 用Multiplexing控制LED矩阵282
7.9 用LED矩阵显示图像286
7.10 控制LED矩阵：查理复用算法289
7.11 驱动7段LED295
7.12 驱动多位7段显示屏：多路复用298
7.13 用最少的引脚驱动多位7段显示屏300
7.14 用MAX72xx移位寄存器控制一组LED302
7.15 使用PWM扩展芯片实现增加模拟输出数量304
7.16 用模拟面板仪表作为输出307
第8章 物理输出309
8.0 简介309
8.1使用伺服控制旋转位置312
8.2使用电位计或传感器控制伺服旋转314
8.3 控制连续旋转伺服装置的速度316
8.4 使用计算机命令控制伺服系统318
8.5驱动无刷电机（使用hobby伺服速度控制器）319
8.6 控制电磁阀和继电器320
8.7 使物体振动322
8.8 使用晶体管驱动有刷电机324
8.9 用H桥控制有刷电机的方向326
8.10用H桥控制有刷电机的方向和速度329
8.11使用传感器控制有刷电机的方向和速度331
8.12 驱动双极步进电机337
8.13 驱动双极步进电机（使用易驱板）340
8.14 使用ULN2003A驱动步进电机343
第9章 音频输出346
9.0 简介346
9.1 播放音调349