Изучаем Arduino (Второе издание)

Руководство от профессионального инженера Джереми Блума, который прославился видеоуроками на YouTube, покажет вам множество примеров работы с платами Arduino. Материал начинается с общих азов программирования и схемотехники, а затем постепенно рассматриваются всё более и более глубокие темы:

• работа с датчиками, электромоторами и сервоприводами;
• особенности проводных и беспроводных интерфейсов;
• использование SD-карт и работа с Arduino по сети.

Все разделы снабжены наглядными схемами и примерами кода для среды программирования Arduino IDE. В результате вы пройдёте путь от новичка до знатока микроконтроллерной платформы Arduino и сможете создавать свои устройства из доступных комплектующих в домашних условиях.

Особенности второго издания

Во втором издании книги «Изучаем Arduino» добавились расширенные примеры работы с шаговыми двигателями и появился раздел про беспроводную связь Bluetooth / Wi-Fi с учебными сетевыми проектами. Проекты из предыдущего издания книги обновились и получили более подробные комментарии автора, включая необходимые теоретические справки.

• Откройте для себя особенности использования различных плат Arduino.
• Используйте Аrduino для решения простых и сложных задач в области электроники.
• Изучите принципы проектирования, программирования и разработки электронных устройств.
• Используйте полученный опыт, код и схемотехнические решения при создании собственных проектов.
• Используйте приобретённые навыки при освоении других микроконтроллерных платформ.
• Научитесь интегрировать свои проекты в интернет вещей.

Данные

• Автор: Джереми Блум
• Оригинальное название: Exploring Arduino: Tools and Techniques for Engineering Wizardry, Second Edition (Jeremy Blum)
• Формат: 165×215 мм
• Кол-во страниц: 544
• Тип издания: мягкая обложка
• Печать: чёрно-белая
• Год выхода: 2020 (второе издание)
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• ISBN: 978-5-9775-6735-0

Оглавление

Часть I. Технические основы платформы Arduino

Глава 1. Начало работы и основные сведения о платформе Arduino

• Что вы узнаете из этой главы
• Исследуем среду Arduino
  • Функциональные возможности Arduino
  • Платы Arduino
• Создаём и исполняем первую программу
  • Загрузка и установка среды Arduino IDE
  • Запускаем среду IDE и подключаемся к плате Arduino
  • Структура нашей первой программы
• Резюме

Глава 2. Цифровые входы и выходы и широтно-импульсная модуляция

• Что вы узнаете из этой главы
• Ввод цифровых сигналов
  • Подключение светодиода и работа с беспаечными макетными платами
  • Программирование цифровых выводов
  • Цикл for
• Генерирование ШИМ-сишнала с помощью функции analogWrite()
• Считывание входных цифровых сигналов
  • Использование понижающего резистора для считывания входных цифровых сигналов
• Управляемый ночник на трёхцветном светодиоде
• Резюме

Глава 3. Считывание сигналов аналоговых датчиков

• Что вы узнаете из этой главы
• Аналоговые и цифровые сигналы
  • Сравнение аналоговых и цифровых сигналов
  • Преобразование аналоговых сигналов в цифровые
• Опрос аналоговых датчиков с помощью Arduino
  • Считывание выходного сигнала потенциометра
  • Применение аналоговых датчиков
• Переменные резисторы в качестве аналоговых датчиков
  • Резистивные делители напряжения
  • Управление выходным аналоговым сигналом посредством входного аналогового сигнала
• Резюме

Часть II. Взаимодействие с окружающей средой

Глава 4. Использование транзисторов и управление электродвигателями постоянного тока

• Что вы узнаете из этой главы
• Электродвигатели постоянного тока
  • Работа с сильноточными индуктивными нагрузками
  • Управление скоростью вращения электродвигателя посредством ШИМ
  • Управление направлением вращения электродвигателя с помощью H-моста
• Создаём шасси самоходного робота
  • Выбор компонентов для шасси робота
  • Собираем схему управления роботом
  • Разработка программы управления самоходным шасси
  • Сборка устройства
• Резюме

Глава 5. Управление сервоприводами и шаговыми двигателями

• Что вы узнаете из этой главы
• Управление сервоприводами
  • Разница между сервоприводами кругового вращения и с поворотом в пределах сектора
  • Управление сервоприводом
  • Программа управления сервоприводом
• Создание сканирующего дальномера
• Шаговые двигатели и управление ими
  • Принцип работы биполярных шаговых двигателей
  • Приводим шаговый двигатель в действие
• Создаём одноминутный хронограф
  • Сборка схемы хронографа
  • Программа хронографа
• Резюме

Глава 6. Работаем со звуком

• Что вы узнаете из этой главы
• Принцип работы динамика
  • Свойства звука
  • Как динамик воспроизводит звук
• Генерация звуков с помощью функции tone()
  • Подключение файла сопоставления нот частотам
  • Сборка схемы с динамиком
  • Создание звуковых последовательностей
  • Ограничения функции tone()
• Миниатюрное пианино
• Резюме

Глава 7. Последовательный интерфейс USB

• Что вы узнаете из этой главы
• Возможности последовательного обмена данными платформы Arduino
  • Использование встроенной или внешней микросхемы преобразователя USB/RS-232 компании FTDI или Silicon Laboratories
  • Платы Arduino c дополнительным микроконтроллером ATmega в качестве преобразователя USB/RS-232
  • Платы Arduino с основным микроконтроллером, поддерживающим интерфейс USB
  • Платы Arduino с возможностями USB-хоста
• Приём данных от Arduino на компьютере
  • Использование команды print()
  • Специальные символы
  • Изменения представления типов данных
• Передача данных с компьютера на плату Arduino
  • Настройка монитора порта для отправки команд
  • Получение данных, отправляемых с компьютера или другого устройства через последовательный интерфейс
• Взаимодействие с компьютерной программой
  • Установка Processing
  • Управление приложением Processing посредством платы Arduino
  • Передача скетчем Processing данных на плату Arduino
• Резюме

Глава 8. Эмуляция USB-устройств

• Что вы узнаете из этой главы
• Эмуляция клавиатуры
  • Ввод данных в компьютер
  • Управление компьютером с платы Arduino
• Эмуляция мыши
• Резюме

Глава 9. Сдвиговые регистры

• Что вы узнаете из этой главы
• Что такое сдвиговый регистр
  • Последовательная и параллельная передача данных
  • Использование микросхемы сдвигового регистра 74HC595
  • Загрузка в сдвиговый регистр данных с платы Arduino
  • Преобразования между двоичным и десятичным форматом
• Световая анимация с помощью сдвигового регистра
  • Эффект «бегущего» светодиода
  • Гистограмма для реагирования на изменение входных условий
• Резюме

Часть III. Интерфейсы для обмена данными

Глава 10. Шина I²C

• Что вы узнаете из этой главы
• История создания протокола I²C
• Схема подключения устройств I²C
  • Взаимодействие и идентификация устройств
  • Аппаратные требования и повышающие резисторы
  • Как правильно выбрать номинал повышающего резистора
• Взаимодействие с термодатчиком по шине I²C
  • Сборка схемы устройства
  • Использование информации из справочного листка датчика TC74
  • Программа для опроса датчика TC74
• Совместное использование сдвиговых регистров, последовательного интерфейса и шины I²C
  • Собираем систему мониторинга температуры
  • Модифицируем скетч Arduino
  • Создаём скетч Processing
• Резюме

Глава 11. Шина SPI и библиотеки сторонних разработчиков

• Что вы узнаете из этой главы
• Общие сведения о шине SPI
• Подключение устройств SPI
  • Конфигурация интерфейса SPI
  • Протокол передачи данных SPI
• Сравненительные характеристики протоколов SPI, I²C и UART
• Взаимодействие с SPI-акселерометром
  • Что такое акселерометр?
  • Получаем информацию из справочного листка
  • Сборка схемы устройства
  • Разработка программы
• Аудиовизуальный музыкальный инструмент на основе трёхкоординатного акселерометра
  • Сборка схемы устройства
  • Модифицируем программу
• Резюме

Глава 12. Взаимодействие с жидкокристаллическими дисплеями

• Что вы узнаете из этой главы
• Подключение ЖКД к плате Arduino
• Библиотека LiquidCrystal для работы с ЖКД
  • Вывод текста на дисплей
  • Создание специальных символов и анимация
• Создаём термостат
  • Сборка схемы устройства
  • Отображение данных на ЖКД
  • Настройка порогового значения температуры с помощью кнопок
  • Код программы для звукового оповещения и управления вентилятором
  • Собираем все фрагменты кода в завершённую программу
  • Совершенству нет предела
• Резюме

Часть IV. Прерывания, комбинирование функций и карты SD

Глава 13. Прерывания и другие специальные функции

• Что вы узнаете из этой главы
• Аппаратные прерывания
  • Опрос состояния и прерывания: преимущества и недостатки каждого подхода
  • Возможности аппаратных прерываний Arduino
  • Схема запуска прерывания кнопкой, оснащённой аппаратной защитой от дребезга
• Прерывания по таймеру
  • Прерывания по таймеру
  • Установка библиотеки TimerOne
  • Одновременное исполнение двух задач
• Музыкальный инструмент на прерываниях
  • Схема музыкального инструмента
  • Программа для музыкального инструмента
• Резюме

Глава 14. Работа с картами памяти SD

• Что вы узнаете из этой главы
• Подготовка к регистрации данных
  • Файлы данных CSV-формата
  • Подготовка SD-карты для записи данных
• Сопряжение платы Arduino с SD-картой
  • Шилды для SD-карт
  • Интерфейс SPI SD-карт
  • Запись на карточку SD
  • Считывание данных с SD-карты
  • Часы реального времени
  • Общие сведения о часах реального времени
  • Работа с часами реального времени
• Регистратор проходов через дверь
  • Схема регистратора
  • Программа регистратора
  • Анализ данных
• Резюме

Часть V. Беспроводная связь

Глава 15. Радиосвязь

• Что вы узнаете из этой главы
• Электромагнитный спектр
  • Радиоспектр
  • Принципы обмена данными по радиоканалу
• Передача нажатий кнопки по радиоканалу
  • Подключение приёмника к плате Arduino
  • Программа для работы с радиоприёмником
• Беспроводной дверной звонок
  • Схема приёмной стороны звонка
  • Программа для приёмной стороны звонка
• Первые шаги на пути к «умному» дому — управление светильником
  • Электричество в доме и офисе
  • Принцип работы реле
  • Программа для управления реле
  • Подключение реле управления светильником к Arduino
• Резюме

Глава 16. Беспроводная связь Bluetooth

• Что вы узнаете из этой главы
• Что такое Bluetooth?
  • Стандарты и версии Bluetooth
  • Профили Bluetooth и служба GATT BTLE
• Установка связи между платой Arduino и смартфоном
  • Считывание датчика через канал BTLE
  • Передача данных со смартфона по каналу BTLE
• Управление светильником посредством Bluetooth
  • Процедура сопряжения смартфона с устройствами BTLE
  • Программа для работы с датчиком присутствия
  • Сопряжение со смартфоном
  • Подключаем вместо светодиода светильник
• Резюме

Глава 17. Wi-Fi и облачные хранилища

• Что вы узнаете из этой главы
• Работа Arduino в сети
  • Сетевая терминология
  • Клиенты и серверы
  • Arduino с возможностями Wi-Fi
• Управление платой Arduino через Интернет
  • Подготовка оборудования для управления вводом-выводом
  • Подготовка среды Arduino IDE для работы с платой Feather
  • Проверяем соответствие библиотеки Wi-Fi прошивке модуля Wi-Fi
  • Программа сервера для платы Arduino
  • Собираем весь код вместе для создания веб-сервера
  • Управление платой Arduino из локальной сети и извне её
• Взаимодействие с интерфейсом Web-API
  • Работа с интерфейсом Web-API для получения метеоданных
  • Вывод полученных данных на дисплей
• Резюме

Приложение. Расшифровка справочных листков и изучение принципиальных схем

• Работа со справочными листками
  • Составные части справочного листка
  • Цоколёвка компонента
• Изучение принципиальной схемы платы Arduino