单片机基础与Arduino应用（第2版）

本书共22章, 通过介绍单片机的基本知识引入Arduino单片机, 并通过诸多实例讲解了Arduino单片机的结构、工作原理、编程方法及调试方法等, 基本覆盖了单片机入门和Arduino开发所需的知识点。

第1章 单片机概述 1 1.1 单片机简介 1 1.2 计算机的发展史 2 1.3 单片机的发展史 3 1.4 单片机的应用 4 1.5 如何学习单片机 6 1.6 小结 6 第2章 Arduino入门 7 2.1 Arduino的诞生 7 2.2 Arduino的特性 8 2.3 Arduino硬件介绍 9 2.3.1 Arduino UNO介绍 9 2.3.2 Arduino UNO核心电路 11 2.3.3 Arduino UNO外围系统 12 2.4 搭建Arduino开发环境 14 2.4.1 安装Arduino IDE 14 2.4.2 配置Arduino IDE 16 2.5 编写Arduino程序 17 2.5.1 Arduino程序构成 17 2.5.2 编写Arduino程序示例 18 2.6 小结 20 第3章 Arduino数字输入/输出接口 21 3.1 LED的工作原理 21 3.2 数字接口的工作原理 22 3.2.1 数字接口的数量与布局 22 3.2.2 输入或输出模式设置 23 3.2.3 数字接口功能函数 23 3.3 数字输出接口 24 3.3.1 系统连接 24 3.3.2 流程图 25 3.3.3 程序设计 25 3.3.4 烧写 26 3.4 数字输入接口 27 3.4.1 系统连接 27 3.4.2 流程图 27 3.4.3 程序设计 28 3.4.4 烧写 28 3.5 小结 29 第4章 Arduino的中断机制与定时器 30 4.1 中断系统概述 30 4.1.1 中断的概念 30 4.1.2 中断源 31 4.1.3 中断优先级 31 4.1.4 中断的技术优势 31 4.2 Arduino中与中断有关的函数 32 4.3 外部中断实验 32 4.3.1 系统连接 32 4.3.2 流程图 33 4.3.3 程序设计 33 4.3.4 烧写 34 4.4 定时器的工作原理 34 4.5 Arduino定时器的相关库函数 35 4.5.1 TimerOne库 35 4.5.2 MsTimer2库 36 4.6 定时器实验 36 4.6.1 系统连接 36 4.6.2 流程图 36 4.6.3 程序设计 37 4.6.4 烧写 38 4.7 小结 38 第5章 Arduino串口通信 39 5.1 串口的工作原理 39 5.1.1 串口通信的基本概念 39 5.1.2 字符帧 40 5.1.3 波特率 41 5.1.4 串口通信制式 41 5.1.5 串口工作流程 41 5.1.6 接口电路 42 5.2 Arduino的串口 43 5.2.1 Arduino串口引脚 43 5.2.2 Serial库函数 44 5.3 串口控制LED的闪烁频率 46 5.3.1 流程图 46 5.3.2 程序设计 46 5.4 串口控制RGB-LED的颜色 47 5.4.1 RGB-LED的工作原理 47 5.4.2 系统连接 47 5.4.3 流程图 48 5.4.4 程序设计 49 5.4.5 烧写 50 5.4 小结 51 第6章 Arduino之按键与矩阵键盘 52 6.1 按键检测原理 52 6.1.1 Arduino之按键 53 6.1.2 Arduino之矩阵键盘 53 6.1.3 按键消抖 55 6.2 独立按键功能实现 56 6.2.1 系统连接 56 6.2.2 流程图 56 6.2.3 程序设计 57 6.2.4 烧写 58 6.3 矩阵键盘功能实现 58 6.3.1 系统连接 58 6.3.2 流程图 59 6.3.3 程序设计 59 6.3.4 烧写 60 6.4 小结 60 第7章 Arduino控制数码管 61 7.1 数码管的工作原理 61 7.1.1 LED的两种接法 62 7.1.2 两种显示方式 64 7.2 静态显示实现 64 7.2.1 系统连接 64 7.2.2 流程图 65 7.2.3 程序设计 65 7.2.4 烧写 67 7.3 动态显示实现 67 7.3.1 系统连接 67 7.3.2 流程图 68 7.3.3 程序设计 68 7.3.4 烧写 69 7.4 小结 70 第8章 Arduino之LED点阵与RGB灯带 71 8.1 Arduino之LED点阵 71 8.1.1 工作原理 71 8.1.2 系统连接 72 8.1.3 流程图 73 8.1.4 程序设计 73 8.1.5 烧写 75 8.2 Arduino之RGB灯带 76 8.2.1 工作原理 76 8.2.2 Adafruit NeoPixel库介绍 78 8.2.3 系统连接 78 8.2.4 流程图 78 8.2.5 程序设计 79 8.2.6 烧写 80 8.3 小结 80 第9章 Arduino之液晶屏 81 9.1 工作原理 81 9.1.1 液晶的概念 81 9.1.2 液晶的通光原理 81 9.1.3 液晶显示器的工作原理 82 9.1.4 LCD-1602的工作原理 83 9.1.5 LiquidCrystal库介绍 86 9.2 系统连接 86 9.3 流程图 86 9.4 程序设计 87 9.5 烧写 88 9.6 小结 88 第10章 Arduino模拟输入/输出接口 89 10.1 模拟接口的工作原理 89 10.1.1 模拟输入 89 10.1.2 模拟输出 90 10.1.3 模拟接口的位置 90 10.1.4 模拟输入接口的相关函数 91 10.1.5 模拟输出接口的相关函数 92 10.2 Arduino之摇杆 92 10.2.1 系统连接 92 10.2.2 流程图 93 10.2.3 程序设计 93 10.2.4 烧写 94 10.3 Arduino之呼吸灯 94 10.3.1 系统连接 95 10.3.2 流程图 95 10.3.3 程序设计 96 10.3.4 烧写 96 10.4 小结 97 第11章 蜂鸣器实验 98 11.1 蜂鸣器的工作原理 98 11.2 Arduino之蜂鸣器 99 11.2.1 系统连接 99 11.2.2 程序设计 99 11.2.3 烧写 100 11.3 Arduino之电子琴 101 11.3.1 系统连接 101 11.3.2 程序设计 101 11.3.3 烧写 102 11.4 小结 102 第12章 Arduino之电机 103 12.1 电机分类 103 12.2 Arduino之直流电机 104 12.2.1 系统连接 104 12.2.2 流程图 105 12.2.3 程序设计 105 12.2.4 烧写 106 12.3 Arduino之伺服电机 106 12.3.1 系统连接 107 12.3.2 流程图 107 12.3.3 程序设计 107 12.3.4 烧写 108 12.4 小结 109 第13章 Arduino之旋钮与编码器 110 13.1 Arduino之旋钮 110 13.1.1 工作原理 110 13.1.2 系统连接 111 13.1.3 流程图 112 13.1.4 程序设计 113 13.1.5 烧写 115 13.2 Arduino之编码器 116 13.2.1 工作原理 116 13.2.2 系统连接 117 13.2.3 流程图 118 13.2.4 程序设计 119 13.2.5 烧写 120 13.3 小结 120 第14章 Arduino之传感器 121 14.1 Arduino之DHT11温湿度传感器 121 14.1.1 工作原理 121 14.1.2 DHT Sensor库介绍 124 14.1.3 系统连接 124 14.1.4 流程图 124 14.1.5 程序设计 125 14.1.6 烧写 126 14.2 Arduino之MPU-6050六轴加速度计 127 14.2.1 姿态检测介绍 127 14.2.2 工作原理 128 14.2.3 Adafruit MPU-6050库介绍 129 14.2.4 系统连接 129 14.2.5 流程图 130 14.2.6 程序设计 131 14.2.7 烧写 132 14.3 Arduino之HC-SR04超声波测距 133 14.3.1 工作原理 133 14.3.2 系统连接 133 14.3.3 流程图 134 14.3.4 程序设计 135 14.3.5 烧写 135 14.4 小结 136 第15章 基于Arduino的智能小车 137 15.1 工作原理 137 15.1.1 小车的结构 137 15.1.2 ESP8266 137 15.1.3 L298N电机驱动模块 138 15.1.4 超声波避障模块 139 15.2 系统连接 140 15.3 流程图 140 15.4 程序设计 142 15.4.1 ESP8266 Wi-Fi模块调试 142 15.4.2 Arduino代码 142 15.5 烧写 147 15.6 小结 148 第16章 AVR单片机的基本结构 149 16.1 AVR单片机概述 149 16.2 命名、引脚及最小系统 149 16.2.1 AVR单片机的命名规则 149 16.2.2 AVR单片机引脚功能介绍 150 16.2.3 AVR单片机的最小系统 152 16.3 内部结构 153 16.4 CPU 155 16.4.1 算术逻辑单元 155 16.4.2 状态寄存器 155 16.4.3 通用工作寄存器组 156 16.4.4 堆栈指针寄存器 157 16.4.5 程序计数器、指令寄存器和指令译码器 157 16.5 指令集 157 16.6 存储空间 161 16.6.1 程序空间 161 16.6.2 数据空间 161 16.6.3 EEPROM空间 162 16.7 熔丝位 162 16.7.1 熔丝位概念介绍 162 16.7.2 重要熔丝位的配置 163 16.8 使用Microchip Studio开发ATmega328P 164 16.8.1 Microchip Studio介绍 164 16.8.2 Microchip Studio的安装 164 16.8.3 新建工程 165 16.8.4 工具配置 166 16.8.5 编译和烧写程序 167 16.8.6 实验现象 168 16.9 小结 169 第17章 AVR单片机的数字输入/输出 170 17.1 I/O寄存器控制 170 17.2 流程图 174 17.3 程序设计 175 17.3.1 单片机C语言基础 175 17.3.2 数字接口输出实验程序 176 17.3.3 数字接口输入实验程序 176 17.4 系统连接 177 17.5 烧写 179 17.6 小结 179 第18章 AVR单片机的中断和定时器系统 181 18.1 中断系统概述 181 18.1.1 中断向量表 181 18.1.2 中断优先级 181 18.1.3 中断触发条件 182 18.1.4 外部中断 182 18.2 中断控制寄存器 182 18.2.1 全局中断控制 182 18.2.2 外部中断控制寄存器 182 18.3 定时器的工作原理 183 18.4 定时器控制寄存器 184 18.4.1 定时器0/2控制寄存器 184 18.4.2 定时器1控制寄存器 186 18.5 外部中断实验 187 18.5.1 系统连接 187 18.5.2 程序设计 188 18.5.3 烧写 189 18.6 定时中断实验 189 18.6.1 系统连接 189 18.6.2 程序设计 190 18.6.3 烧写 190 18.7 小结 191 第19章 AVR单片机串口通信 192 19.1 AVR串口相关寄存器介绍 192 19.2 AVR串口相关寄存器各位的功能和配置 194 19.2.1 串口寄存器各位的功能 194 19.2.2 串口寄存器配置 194 19.3 流程图 195 19.3.1 串口数据发送操作 195 19.3.2 串口数据接收操作 195 19.4 程序设计 196 19.5 烧写 197 19.6 小结 198 第20章 AVR单片机独立按键、矩阵键盘、数码管 199 20.1 独立按键、矩阵键盘、数码管 199 20.2 I/O寄存器控制 199 20.3 AVR单片机控制独立按键点亮LED 199 20.3.1 系统连接 199 20.3.2 流程图 200 20.3.3 程序设计 200 20.3.4 烧写 201 20.4 AVR单片机矩阵键盘功能实现 201 20.4.1 系统连接 201 20.4.2 流程图 202 20.4.3 程序设计 203 20.4.4 烧写 204 20.5 AVR数码管静态显示 205 20.5.1 系统连接 205 20.5.2 流程图 206 20.5.3 程序设计 206 20.5.4 烧写 207 20.6 AVR数码管动态显示 207 20.6.1 系统连接 207 20.6.2 流程图 208 20.6.3 程序设计 209 20.6.4 烧写 210 20.7 小结 210 第21章 AVR单片机模数转换 211 21.1 模数转换原理概述 211 21.2 相关设置寄存器 212 21.3 ADC单次转换实验 215 21.3.1 系统连接 215 21.3.2 程序设计 215 21.3.3 烧写 216 21.4 ADC连续转换实验 217 21.4.1 程序设计 217 21.4.2 烧写 219 21.5 小结 219 第22章 基于AVR单片机的打地鼠游戏 220 22.1 LCD-12864的工作原理 220 22.2 系统连接 221 22.3 流程图 222 22.4 程序设计 223 22.5 烧写 228 22.6 小结 229