Microduino实战

Microduino是一种兼容Arduino的开源硬件平台，利用模块化的电子积木，可以实现各种有趣的电子创意，比如游戏手柄、自制MP3、智能小车，甚至3D打印机、机器人等。本书是关于Microduino的学习和开发指南。通过一个个实例，让读者在实践过程中学习和掌握如何使用Microduino一系列的电子积木。从基本的电子元器件开始，如电阻、LED、开关、三极管等的使用，再到传感器、LCD、电动机等各种复杂模块的控制和使用，加深理解和掌握Arduino编程、Microduino硬件以及各种电子元器件的使用，为未来的DIY做铺垫。最后，以四旋翼飞行器作为案例，详细地介绍整个飞行器原理、结构、组装和调试，好让读者系统地利用前面所学到的知识和掌握的经验，清晰地掌握一个相对复杂的系统是如何进行设计、组装和调试的。

姚琪，前Beecube FPGA系统工程师，有近5年的Xilinx FPGA开发和Linux驱动开发经验，曾参与过AES加密算法的FPGA实现、嵌入式操作系统移植、OpenFlowSwitch开发等项目。现为自由职业者，创立摩尔小报传播开源软硬件技术，是一个开源技术和文化的布道者。

杨立斌，Microduino应用工程师，具有丰富的嵌入式软硬件开发经验。他技术精湛，服务热情，开发了大量基于Microduino的创新应用，在Microduino开发者社区中深受欢迎。

前言
第1章开源硬件1
1.1什么是开源1
1.2为什么要开源1
1.3开源软件2
1.4开源硬件3
1.4.1Arduino3
1.4.2Microduino5
1.4.3树莓派6
1.4.4pcDuino7
1.4.5其他开源硬件平台7
1.5如何选择开源硬件8
1.6总结9
1.7参考9
第2章Microduino11
2.1Microduino系列产品11
2.2兼容Arduino系列产品12
2.2.1MicroduinoAVR核心系列模块12
2.2.2Microduino扩展模块16
2.2.3Microduino扩展板22
2.3MicroduinoSTM32核心系列25
2.4MicroduinoWRT系列26
2.5Microduino传感器系列27
2.6开源项目28
2.7总结30
2.8参考30
第3章Microduino入门31
3.1准备开发环境31
3.1.1下载ArduinoIDE和驱动32
3.1.2安装ArduinoIDE33
3.1.3安装驱动程序35
3.1.4Microduino开源资料下载37
3.2“HelloWorld！”——开启编程之旅38
3.3点灯——迈入物理世界41
3.4重新认识软件与硬件45
3.5I/O操作——现学现用48
3.6RGB彩色LED——彩色的世界52
3.7光敏电阻56
3.8感温杯58
3.9蜂鸣器62
3.10认识三极管64
3.11中断的使用67
3.12定时中断的使用71
3.13ADC采样的不同基准源对比74
3.14继电器的使用77
3.15数字温度计81
3.16I2C通信85
3.17Microduino串口调试89
3.18调试的思路92
3.19总结94
3.20参考94
第4章Microduino进阶95
4.1红外发射与接收——无线通信95
4.21602LCD显示98
4.3超声波测距102
4.4红外遥控舵机105
4.5PWM控制直流电动机108
4.6步进电机控制112
4.7EEPROM读写118
4.8Microduino-OLED121
4.9Microduino-TFT129
4.10蓝牙控制RGB彩灯134
4.11Microduino-10DOF139
4.12总结148
4.13参考148
第5章四旋翼飞行器150
5.1四旋翼飞行器简介150
5.1.1四旋翼飞行原理150
5.1.2硬件结构153
5.1.3程序简介155
5.2飞行控制器硬件组装157
5.3配置蓝牙通信160
5.3.1从机模块设置161
5.3.2主机模块设置162
5.4四旋翼飞行器控制器调试164
5.4.1PID参数介绍164
5.4.2校正四旋翼飞行器165
5.4.3MultiWiiGUI使用168
5.5遥控器组装与调试175
5.5.1硬件组装176
5.5.2软件下载178
5.6试飞180
5.6.1调试Microduino-Joypad180
5.6.2控制说明182
5.6.3整体调试183
5.7注意事项184
5.8总结186
5.9参考187
附录四旋翼飞行器组装188

前    言自2005年Arduino横空出世以来，开源硬件就像Linux一样，很快风靡全球。Arduino最初只是为学生设计的一款既便宜又易用的微控制器板，但如今在“创客运动”的大背景下取得了巨大的成功。 Arduino使用的是Atmel VAR 8位微控制器，是一个软硬件开源的平台。不仅开放软件的源代码，而且硬件电路设计图同样可以从网络上下载。任何用户都可以利用这些开放的资源，再根据自己的需要进行修改和定制，发布适合自己的软件工具和硬件设计。此外，它不像传统的微控制器程序，只有有一定电路和编程背景的人才能够灵活使用，因为采用了非常简单的编程语言，Arduino的入门变得非常容易，即使是没有理工科背景的人，也能够快速上手。 正是因为开源，让全球成千上万的教育工作者、学生、科研工作者、电子爱好者和创客组成了一个庞大的开源硬件社区。不管是个人还是公司，都被该社区的魅力所吸引。例如，英特尔、三星、微软纷纷加入了Arduino社区，推出了相关的软硬件产品。而很多在Kickstarter上进行众筹的初创团队推出的产品，其最初的原型也都是在Arduino的基础上设计的。 目前，在市场上还有很多兼容Arduino的开源硬件，各自有不同的特点和应用场景，比如Microduino、WRTNode、pcDuino，同时还配有各种扩展模块和扩展板。除了公司和团队之外，很多创客本着开源和共享的目的，在网上免费发布了自己的Arduino开源设计和DIY作品，供更多的人参与和讨论，这很有可能会碰撞出更多的创意作品，例如，开源3D打印机、无人机等。此外，网上还有大量免费的开源库、教程、电子书、视频等各种开放资源，以及友好互助的论坛问答等，这些都是这个社区中重要的组成部分。 这就是开源的滚雪球效应，刚开始开源又易上手，吸引了最初的一批人加入其中，之后产生越来越多的优秀资源，而这些资源又吸引更多人参与其中，这种正反馈的激励效应，促成了社区指数型的扩张。 作为一款兼容Arduino的微控制器平台，Microduino同样采用开源模式，公开所有的电路设计和软件源代码。它采用U型27引脚布局，模块间非常容易组装，对着U27引脚插入即可，无须担心引脚是否接错。又因为它只有硬币大小，组装后的体积非常小，所以在空间要求非常严格的应用环境下占有优势。Microduino可以看作是一种电子积木，核心模块和扩展模块互联只需要根据U型布局的引脚直接接入，便可快速搭建起一个物理系统，然后按照Arduino开发和编程方式，下载程序，即可完成自己的创意作品。因为兼容Arduino，所以Microduino保留了其易上手的特点；同时因为易组装、体积小等特点，让Microduino更具吸引力。 Microduino遵循了开源硬件的发展模式，在社区的培育上花了很大的精力。相关人员详细地制作了Microduino的维基百科，目前共有805篇文章，2405个新文件上传和8733次修订，而且全部是中英文对照，甚至还有韩文和日文的页面。同时，还精心制作了300篇以上的Microduino教程，配有文字、图片、源代码和视频，供全球来自不同国家的用户参考和使用。 Microduino的王镇山（Tiki）介绍说：“所有的模块都是玩家共同创意、设计、测试和改进的。不但有玩家共同开发的硬件，还有玩家自发编写的支持软件，并分享利用Microduino完成的作品。”这正是开源社区建设所带来的回报。与其说Microduino是一个开源硬件产品，不如说它是一个遵循“众营”理念的开源项目。 而本书能够顺利完成，很大一部分也要归功于开源力量和社区中丰富的开放资源。本书的特点是以一个个具体的示例为核心内容，提供详细的物理连接图和源代码，让读者能够通过循序渐进的实践过程，学习和掌握基本的电子元器件、Microduino核心控制器以及相关传感器的使用。希望通过本书，能让更多的人步入开源硬件和创客运动的实践中去，实现一件件自己喜欢的创意作品，然后再与更多的人进行交流和分享。 最后，感谢Microduino创始人王镇山和机械工业出版社策划编辑张国强，没有他们的支持和鼓励，本书就不可能诞生。此外，还要感谢我的父母，没有他们的理解和宽容，就没有现在的我，我也不可能安心地完成本书。 编者2015年6月