mBot機器人＆ mBlock 武功祕笈 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

☆☆☆☆☆

林俊傑

圖書標籤:

• mBot
• mBlock
• 機器人
• 編程
• 教育
• STEM
• 創客
• 青少年
• 電子
• DIY

創客新視野：Arduino 入門與實戰項目 深入探索數字世界的基石 本書旨在為對電子製作、編程和物聯網（IoT）技術感興趣的初學者提供一套全麵、實用的入門指南。我們不探討機器人編程或特定的圖形化編程工具，而是聚焦於微控製器技術的核心概念，特彆是全球範圍內應用最廣泛的開源硬件平颱——Arduino。 本書的核心目標是構建堅實的理論基礎，並輔以大量動手實踐項目，讓讀者能夠從零開始，理解電子元件的工作原理，掌握使用C/C++語言（Arduino官方編程環境的基礎）進行嵌入式編程的能力。 第一章：電子學基礎與安全操作規範 本章將作為讀者進入電子製作領域的敲門磚，內容完全側重於必要的物理學和電路理論知識。我們將詳細講解： 電流、電壓與電阻的概念：歐姆定律（V=IR）的直觀理解與實際應用。如何使用萬用錶準確測量和判斷電路中的關鍵參數。 基本電子元件識彆與特性：詳細剖析電阻（固定電阻、可變電阻）、電容（不同介質的電容特性）、電感的作用與應用。重點講解二極管（整流、穩壓）和晶體管（開關、放大）作為半導體元件的物理機製和電路符號。 麵包闆（Breadboard）的使用技巧：非焊接原型製作的關鍵，包括電源軌的連接、元件的正確插拔姿勢，以及如何避免常見的短路錯誤。 安全用電指南：區分直流（DC）與交流（AC），安全操作低壓直流電路的注意事項，電池的選擇、連接極性判斷及安全移除方法。 本章的重點是培養讀者的“電子感”，即對電路中能量流動的直觀理解，為後續的微控製器編程打下堅實的硬件基礎。 第二章：認識微控製器——Arduino 硬件架構剖析 本章將深入講解Arduino開發闆的硬件設計哲學，完全不涉及圖形化編程界麵。我們將聚焦於硬件本身的功能和引腳定義： 微控製器（MCU）核心原理：講解基於AVR架構的Atmega係列芯片（如Atmega328P）的內部結構，包括CPU、存儲器（閃存、SRAM、EEPROM）的劃分和作用。 數字與模擬I/O端口詳解：區分數字引腳（Digital Pins）的輸入（Input）和輸齣（Output）模式，以及PWM（脈衝寬度調製）的實現原理，而非簡單地展示如何調用函數。同時，詳細解析模擬輸入（Analog Input）的工作機製，包括參考電壓（Vref）的設定和ADC（模數轉換器）的分辨率。 電源管理電路：分析開發闆上穩壓器的作用，如何安全地通過USB供電和外部電源供電，理解不同供電方式下的電壓穩定性和電流承載能力。 通信接口基礎：介紹闆載的硬件通信協議，如UART（串行通信）的發送與接收機製，以及I2C和SPI協議的基本數據交換流程，為後續與傳感器、外部設備的接口奠定理論基礎。 第三章：C/C++基礎與嵌入式編程思維 本章是轉嚮代碼實現的核心，教授讀者使用標準的C/C++語言進行嵌入式係統開發，取代任何圖形化拖拽的編程方式。 C/C++語言基礎迴顧：重點復習變量類型（`int`, `float`, `char`）、運算符、控製結構（`if-else`, `for`, `while`循環）。強調指針（Pointers）在內存管理和高效代碼編寫中的重要性。 函數與結構體的高級應用：如何編寫可重用的函數，參數傳遞機製。使用結構體（`struct`）來組織復雜的數據集，這是管理多傳感器數據流的關鍵。 嵌入式編程環境配置：詳細指導讀者安裝和配置標準的Arduino IDE，理解編譯（Compilation）和上傳（Uploading）過程中的底層操作，包括引導加載程序（Bootloader）的作用。 編寫第一個“裸機”程序：脫離預設的`setup()`和`loop()`框架，直接在主函數（`main()`）中初始化和控製I/O，以實現對硬件最底層的直接操作，理解程序執行的生命周期。 第四章：傳感器數據采集與預處理 本章聚焦於如何準確地從外部世界獲取信息，並將其轉化為可供程序處理的數字信號。 模擬傳感器接口實戰：連接光敏電阻（LDR）、電位器、熱敏電阻等，學習如何通過查錶法或綫性插值來校準讀取到的原始模擬值（0-1023），將其轉換為實際物理量（如歐姆、溫度值）。 數字傳感器通信協議實踐：詳細講解如何使用I2C協議讀取溫濕度傳感器（如DHT係列）或數字光照傳感器的數據。重點在於理解數據幀的構建、應答機製（ACK/NACK）和寄存器尋址。 去抖動與濾波技術：處理物理輸入（如按鈕按下）時産生的信號毛刺。介紹滑動平均濾波和卡爾曼濾波（基礎概念介紹）在平滑噪聲數據中的應用，確保數據采集的可靠性。 第五章：執行器控製與驅動電路設計 本章講解如何讓微控製器驅動外部設備，內容涵蓋功率放大與電機控製。 LED與繼電器控製：基礎的數字輸齣操作。重點在於理解繼電器（Relay）作為隔離開關的工作原理，以及如何使用光耦隔離來保護微控製器免受高壓負載的乾擾。 晶體管（MOSFET/BJT）驅動電路：學習如何使用微控製器的低電流信號來安全地驅動高功率負載（如大功率LED陣列或小型直流電機）。深入分析不同類型晶體管的開關特性和導通電阻（RDS(on)）。 直流電機速度與方嚮控製：使用H橋電路（如L298N）來控製直流電機的轉速（通過PWM）和轉嚮。詳細解析H橋內部的開關邏輯，避免“死區”時間造成的短路。 步進電機基礎：介紹步進電機的工作原理（磁場切換），以及如何使用驅動芯片（如ULN2003）進行全步進和半步進控製，實現精確的角度定位。 第六章：數據可視化與串行通信應用 本章強調微控製器如何與PC或其他設備進行有效的信息交換，實現數據的實時監控和調試。 串行監視器的高級調試：超越簡單的`Serial.print()`，學習如何定義清晰的數據包格式（例如，使用逗號分隔值CSV格式），以便於外部程序解析。 PC端數據接收工具：介紹如何使用如Python的PySerial庫或基礎的終端工具，接收並實時解析Arduino發送過來的結構化數據流。 基於事件的通信：設計係統，使其僅在數據發生顯著變化時纔發送信息，而不是持續發送冗餘數據，優化串口帶寬。 簡易數據記錄係統構建：探討如何通過串行接口，將采集到的數據暫時存儲在PC端，為後續的離綫分析做準備。 本書的教學方式完全基於開源硬件的開放精神，側重於底層原理的理解、嚴謹的電子學知識和標準C/C++編程技能的培養，旨在為讀者進入更專業的嵌入式係統開發領域奠定不可動搖的技術基石。內容不涉及任何基於圖形界麵的編程環境的特定功能介紹或機器人學的主題。