电子信息类专业创新设计教程

本书面向电子信息类专业的专业创新课程教学，提供以项目为中心的创新实践教学内容。《电子信息类专业创新设计教程》由12章组成，在内容上，注重智能控制器与电子技术的结合，以分层次、分阶段、循序渐进的模式，对基于Arduino开源硬件的基本原理、开源硬件的编程方法和细节、外围部件及传感器应用等环节做了深入浅出的介绍，并提供了具体的案例作为实践项目。《电子信息类专业创新设计教程》也提出了社会实践和课程思政活动课题，引导学生将专业与实践相结合，关注社会实际问题的探究，培养认识社会、研究社会、理解社会、服务社会的意识和能力。

第1章 准备创新开发的控制器 1
1.1 Arduino概述 1
1.2 Arduino来历 2
1.3 硬件开源许可 3
1.4 Arduino开发板 4
1.5 Arduino开发工具的下载和安装 7
1.5.1 下载ArduinoIDE 7
1.5.2 安装ArduinoIDE 8
1.5.3 Arduino编程语言 10
1.6 用Fritzing绘制Arduino硬件图 11
第2章 ArduinoUno和Nano的使用 15
2.1 认识ArduinoUno和Nano 15
2.2 ArduinoUno的使用 17
2.2.1 Uno的电源 17
2.2.2 Uno的功能引脚 19
2.2.3 Uno的通信接口 20
第3章 Blink闪灯 22
3.1 ArduinoBlink 22
3.2 Arduino程序解读 25
3.2.1 Arduino程序结构和流程 25
3.2.2 修改Blink程序 26
3.2.3 硬件电路解读 27
3.3 蜂鸣器 28
3.4 Arduino数字I/O相关函数 29
练习 30
第4章 按键电路和矩阵键盘的设计 32
4.1 单个按键电路 32
4.2 锁住按键的状态 35
4.2.1 实现按键锁存功能 35
4.2.2 计数法实现多状态轮转 37
4.3 用计算机串口工具查看按键状态 38
4.4 按键消抖 41
4.5 按键电路与拉电阻 44
4.6 矩阵键盘 45
练习 48
第5章 数码管的驱动和显示 50
5.1 数码管与驱动电路 50
5.2 数码管的基本驱动方法 52
5.3 数码管的编码 54
5.4 简化的数码管电路 57
5.5 多位数码管的动态扫描 57
5.6 数码管库<SevSeg> 61
5.6.1 <SevSeg>库的安装 61
5.6.2 <SevSeg>库的应用 63
5.7 敏捷测试器 64
5.8 串行控制的数码管集成模块 69
5.9 Arduino时间相关函数 72
练习 73
第6章 PWM调光和调速 74
6.1 呼吸灯 74
6.2 PWM输出 76
6.3 马达调速 77
6.4 Arduino的PWM输出相关函数 80
练习 81
第7章 模拟信号采集 83
7.1 从固定电压到正弦信号的采集 83
7.2 无级调光LED灯 85
7.3 用游戏摇杆控制马达 88
7.4 映射和串口函数 91
练习 94
第8章 感应垃圾桶 95
8.1 感应垃圾桶创意描述 95
8.2 超声波传感器模块 95
8.3 超声波传感器编程 96
8.4 舵机及<Servo>库 98
8.5 感应垃圾桶设计和编程 101
8.6 语音交互分类垃圾桶 103
8.6.1 语音控制芯片LD 3320104
8.6.2 作品设计和编程驱动(添加外部库) 107
8.6.3 参考程序 110
8.7 脉宽检测及舵机驱动函数 112
练习 114
【调查与实践】——智能家居 115
第9章 LED点阵与图标显示 116
9.1 LED点阵及驱动芯片MAX7219 116
9.2 电子LOGO 121
9.2.1 爱心和笑脸 121
9.2.2 宣传标语 124
9.3 使用<ledControl>库 127
练习 131
【调查与实践】——智慧社区 131
第10章 LCD液晶显示器的驱动 132
10.1 LCD1602液晶显示器 132
10.2 LCD1602的4位驱动模式 134
10.2.1 <LiquidCrystal>库的使用 134
10.2.2 <LiquidCrystal>库函数的使用 136
10.3 LCD1602的I2C驱动模块 139
10.3.1 I2C转接模块(PCF8574) 139
10.3.2 LCD1602的I2C驱动程序 140
10.4 I2C协议 145
10.4.1 I2C协议的特点 145
10.4.2 I2C协议的时序和操作 146
10.5 Arduino的I2C协议库 148
10.5.1 I2C库<Wire> 148
10.5.2 I2C主从机通信实验 149
练习 152
【调查与实践】——智慧农业助力乡村振兴 153
第11章 自动加湿器 154
11.1 环境需求与自动加湿器作品设计 154
11.2 温湿度传感器DHT11 154
11.3 Arduino的DHT11驱动库 157
11.3.1 <SimpleDHT>库 157
11.3.2 <DHT>库 158
11.4 自动加湿器的设计 160
练习 164
【调查与实践】——智能助老服务 164
第12章 全时氛围灯 166
12.1 全时氛围灯作品设计 166
12.2 WS2812B 166
12.2.1 WS2812B简介 166
12.2.2 WS2812B的访问时序 167
12.2.3 WS2812B的Arduino驱动库 168
12.3 实时时钟功能 170
12.3.1 实时时钟芯片DS1302 170
12.3.2 DS1302的驱动例程及解析 173
12.4 OLED显示 177
12.4.1 OLED模块 177
12.4.2 OLED驱动示例 177
12.4.3 <U8glib>库的常用函数 180
12.5 其他传感器模块 183
12.5.1 热释电人体感应传感器 183
12.5.2 触摸按键 184
12.5.3 麦克风模块 186
12.6 作品设计 187
练习 196
【调查与实践】——智慧交通 196
参考文献 197
附录A Arduino传感器扩展模块接口图 198
附录B ArduinoUno原理图 199
附录C ArduinoNano原理图 200
附录D Arduino的main()函数 201