Arduino软硬件协同设计实战指南(第2版) - (EPUB全文下载)

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Arduino软硬件协同设计实战指南(第2版)
第1章　Arduino开源硬件
第2章　Arduino软件开发平台
第3章　Arduino编程语言
第4章　Arduino硬件设计平台
第5章　Arduino开发基础
第6章　Arduino扩展板
第7章　Arduino数据采集
第8章　Arduino显示控制
第9章　Arduino电流控制
第10章　Arduino通信控制
第11章　游戏类开发
第12章　控制类开发
第13章　交互类开发
第14章　物联网开发
第15章　智慧农业设计与开发
第16章　手势图案解锁门项目设计
第17章　激光雕刻机项目设计
第18章　App遥控四轴飞行器项目设计
第19章　肩带式转向警示器项目设计
第20章　变声器项目设计
参考文献
附录A　面包板的使用
第1章Arduino开源硬件
电子电路是人类社会发展的重要成果，在早期的硬件设计和实现上都是公开的，包括电子设备、电器设备、电脑设备及各种外围设备的设计原理图，大家认为公开是十分正常的事情。所以，早期公开的设计图并不称为开源。1960年左右，很多公司由于自身利益，选择了闭源，由此也就出现了贸易壁垒、技术壁垒、专利版权等问题，也造成了不同公司之间的互相起诉。例如，国内外的IT公司之间由于知识产权而法庭相见的事情屡见不鲜。虽然这种做法在一定程度上有利于公司自身的利益，但是，不利于小公司或个体创新者的发展。特别是在互联网进入Web 2.0的个性化时代，更加需要开放、免费和开源的开发系统。
因此，在“大众创业，万众创新”的时代背景下，Web 2.0时代的开发者思考硬件是不是可以重新进行开源。电子爱好者、发烧友及广大的创客一直致力于开源的研究，推动开源的发展，最初从很小的东西发展，到现在已经有3D打印机、开源的单片机系统等。一般认为，开源硬件是指与开源软件采取相同的方式进行设计各种电子硬件的总称。也就是说，开源硬件是考虑对软件以外的领域进行开源，是开源文化的一部分。开源硬件是可以自由传播硬件设计的各种详细信息，例如电路图、材料清单和电路板布局数据，通常使用开源软件来驱动开源的硬件系统。本质上，共享逻辑设计、可编程的逻辑器件重构，也是一种开源硬件，是通过硬件描述语言代码实现电路图共享。硬件描述语言通常用于芯片系统，也用于可编程逻辑阵列或直接用在专用集成电路中，这在当时称之为硬件描述语言模块或IP cores。
众所周知，Android就是开源软件之一，开源硬件和开源软件类似，通过开源软件可以更好地理解开源硬件，就是在之前已有硬件的基础上进行二次开发。二者也有差别，即在复制成本上，开源软件的成本几乎是零，而开源硬件的复制成本较高。另一方面，开源硬件延伸着开源软件代码的定义，包括软件、电路原理图、材料清单、设计图等都使用开源许可协议，自由使用分享，完全以开源的方式去授权，避免了以往DIY分享的授权问题。同时，开源硬件把开源软件常用的GPL、CC等协议规范带到硬件分享领域，为开源硬件的发展提供了规范。
目前比较流行的开源硬件包括Arduino、Raspberry Pi、BeagleBone、Netduino等。其中，Arduino的开发板种类很多，包括Arduino UNO、YUN、DUE、LEONARDO、ETHERNET、ESPLORA、MEGA、MINI、NANO、FIO、PRO等，随着开源硬件的发展，将会出现更多的开源产品。
Arduino开发板是基于开放原始代码的Simple I/O平台，并且具有使用类似Java、C/ C++语言的开发环境。可以快速使用Arduino IDE开发平台，实现各种创新的作品。Arduino开发板可以使用各种电子元件，例如，各种传感器、显示设备、通信设备、控制设备或其他可用设备。Arduino开发板也可以独立使用，成为与其他软件沟通的平台，如Flash、Processing、Max/MSP、VVVV及其他互动软件。
本章将介绍Arduino系统的几种典型开发板的使用方法、Arduino开发板的特性以及Arduino开发板的总体参数，以便更好地应用Arduino开源硬件进行开发创作。
1.1　Arduino UNO
Arduino UNO是Arduino系列的旗舰版，适合初学者和高级用户。Arduino UNO是Arduino系列开发板中最常用的。如果刚开始使用Arduino进行开发，这是很适合的开发板，如图1-1所示。
图1-1　Arduino UNO
1.1.1　概述
Arduino UNO是基于ATmega328的微控制器板。它有14个数字输入输出引脚（其中6个可用作PWM输出）、6个模拟输入、16MHz陶瓷谐振器、USB连接、电源插孔、ICSP接头连接器和复位按钮。它包含支持微控制器所需的一切功能，只需使用USB电缆将其连接到计算机或使用AC到DC适配器或电池供电即可开始使用。
Arduino UNO与以前的开发板的不同之处在于它不使用FTDIUSB到串行驱动芯片。相反，它将ATmega16U2（ATmega8U2 R2版本）编程为USB到串行转换器。
Arduino UNO开发板的第二版，有一个电阻将8U2 HWB线拉到接地端，使其更容易进入DFU模式。
Arduino UNO第三版具有以下新功能：
引脚排列：添加靠近AREF的SDA引脚、SCL引脚以及放置在RESET引脚附近的另外两个引脚，IOREF允许为扩展板上提供电压，将来，扩展板与开发板兼容，其中，AVR采用5V工作电压，Arduino DUE使用3.3V工作电压，第二个是未连接的引脚，用于将来的扩展；
更强的RESET电路；
ATmega16U2代替8U2。
Arduino UNO是该系列的参考版本，不断向前推进。Arduino UNO是Arduino USB系列产品中最早的，也是Arduino平台的参考模型。其微控器的参数及开发板参数如表1-1和表1-2所示。
表1-1　Arduino UNO微控器参数
表1-2　Arduino UNO总 ............

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