前言

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

Arduino 是一個微控制器（微型計(jì)算機(jī)）系列，也是一個軟件創(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，本書無法涵蓋相關(guān)的理論知識，想了解編程或電子開發(fā)知識的讀者，可以查閱后面的沒有考慮的知識中提供的 參考書目。

如果你有一個交互項(xiàng)目的好創(chuàng)意，但沒有開發(fā)它的技能，本書將通過200多個常見的任務(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)該會發(fā)現(xiàn)，本書中的實(shí)際例子對快速學(xué)習(xí)新技術(shù)很有幫助。 本書將通過向你展示如何解決問題和使用你可能未曾使用過的功能，來幫助你著手處理 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)時器、I2C、以太網(wǎng)等）來構(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)字信號和模擬信號的基本技術(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)一個或多個LED以及如何控制LED的亮度和顏色。該章還將介紹如何驅(qū)動條形圖和數(shù)字顯示，以及使用LED陣列創(chuàng)建模式和動畫。此外，該章還為新手提供了對數(shù)字輸出和模擬輸出的一般介紹。

第 8 章介紹如何通過Arduino控制電機(jī)來移動物體。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通過輸出設(shè)備（如揚(yáng)聲器）生成聲音，包括播放簡單的音調(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)備來顯示文本、滾動或突 出文字，以及創(chuàng)建特殊的符號和字符。

第 12 章涵蓋 Arduino 內(nèi)置的時間相關(guān)功能，以及用來處理時間延遲、時間測量以及現(xiàn)實(shí)世界的時間和日期的技術(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連接兩個或多個Arduino板。

第 14 章介紹如何與XBee、藍(lán)牙等無線模塊進(jìn)行無線通信。該章將提供簡單的無線串口更換、連接多個板到多個傳感器的網(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，以及如何創(chuàng)建自己的庫。

第 17 章涵蓋高級編程技術(shù)，可以用來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 章展示如何訪問和使用沒有通過文檔化的 Arduino 語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。

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要介紹。

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

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。

沒有考慮的知識

本書沒有涵蓋電子開發(fā)的理論和實(shí)踐知識。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)境建立在這些語言之上）編程書。本書簡要地解釋了相關(guān)的編程概念，但沒有足夠的篇幅來解釋細(xì)節(jié)。如果你想了解更多關(guān)于 C 和 C 的知識，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，雖然對初學(xué)者不是特別友好，但它教會了 很多人用 C 語言編程。
?　　Expert　C Programming: Deep　C Secrets，作者 Peter van der Linden（Prentice Hall）。 雖然這本書有些過時，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)過了精心設(shè)計(jì)，可以清楚地說明每個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 豐富但簡潔的表達(dá)式，這些表達(dá)式效率很高，但對初學(xué)者來說讀起來有點(diǎn)困難。例如，前面的章使用顯式表達(dá)式來增加變量，這些表達(dá)式對于非專業(yè)程序員來說很容易閱讀：
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
請注意，使用簡潔形式對于性能和代碼體量都沒有影響。

一些常見的編程表達(dá)式通常會以簡潔的形式使用。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誤檢查代碼。

Arduino平臺發(fā)布說明

本書已經(jīng)更新到 Arduino 1.8.x 并且進(jìn)行了測試。書中的代碼已經(jīng)針對這個版本進(jìn)行了 更新，并發(fā)布在兩個存儲庫中： 一個包含所有的 Arduino sketch，另一個包含所有的 Processing sketch。

如果你在練習(xí)時遇到問題，請參見附錄 D，其中介紹了解決軟件問題的方法。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，并提供自上一個版本以來 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。