零基礎(chǔ)學(xué)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)—從電子電路基礎(chǔ)到Arduino單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)

零基礎(chǔ)友好，結(jié)構(gòu)清晰

以Arduino 為切入點(diǎn)，內(nèi)容由淺入深，適合新手快速上手。

學(xué)用結(jié)合，實(shí)戰(zhàn)導(dǎo)向

理論結(jié)合實(shí)例，提供可復(fù)現(xiàn)的電路與代碼，學(xué)完即用。

趣味驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)新賦能

以趣味電子制作+ 創(chuàng)意機(jī)器人創(chuàng)意項(xiàng)目激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

在新時(shí)代背景下，中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會(huì)提出了一系列重要精神，強(qiáng)調(diào)貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念。這些精神為我國的科技教育和人才培養(yǎng)指明了方向，尤其是在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本書正是在這一精神指導(dǎo)下應(yīng)運(yùn)而生的，旨在為廣大初學(xué)者提供一條通向電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的清晰路徑，幫助其掌握基本的電子原理與設(shè)計(jì)方法。通過結(jié)合實(shí)際案例與理論知識(shí)，本書不僅強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，也鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐中探索，提升動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。此外，本書將綠色設(shè)計(jì)理念融入教學(xué)內(nèi)容，倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)思路，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)保和資源節(jié)約的要求。通過學(xué)習(xí)本書，學(xué)生將不僅掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技能，更能樹立起服務(wù)社會(huì)、推動(dòng)科技進(jìn)步的責(zé)任感，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢(mèng)貢獻(xiàn)自己的力量。

Arduino是一個(gè)功能十分強(qiáng)大的開源硬件平臺(tái)，該主控具有簡單易用、功能強(qiáng)大、費(fèi)用低等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比，Arduino在大學(xué)生單片機(jī)入門教學(xué)方面優(yōu)勢(shì)顯著，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）開放性。Arduino是起步比較早的開源硬件項(xiàng)目。各種開源項(xiàng)目目前已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可和大范圍的應(yīng)用。它的硬件電路和軟件開發(fā)環(huán)境都是完全公開的，在不從事商業(yè)用途的情況下，任何人都可以使用、修改和分發(fā)它。

（2）易用性。對(duì)于稍微有心學(xué)習(xí)Arduino的人，不論基礎(chǔ)如何，只要他有興趣，拿到Arduino之后的1個(gè)小時(shí)內(nèi)應(yīng)該就可以成功運(yùn)行第一個(gè)簡單的程序了。

（3）交流性。對(duì)于初學(xué)者來說，交流與展示是非常能激發(fā)學(xué)習(xí)熱情的途徑。但有些時(shí)候，你用AVR做了個(gè)循跡小車，我用PIC做了個(gè)小車循跡，對(duì)單片機(jī)理解還不是特別深刻的初學(xué)者，交流上恐怕就會(huì)有些困難。而Arduino已經(jīng)劃定了一個(gè)比較統(tǒng)一的框架，一些底層的初始化采用了統(tǒng)一的方法，對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)使用的端口也做了自己的標(biāo)定，初學(xué)者在交流電路或程序時(shí)非常方便。

（4）豐富的第三方資源。Arduino無論硬件還是軟件，都是全部開源的，你可以深入了解底層的全部機(jī)理，它也預(yù)留了非常友好的第三方庫開發(fā)接口。秉承了開源社區(qū)一貫的開放性和分享性，很多愛好者在成功實(shí)現(xiàn)了自己的設(shè)計(jì)后會(huì)把自己的硬件和軟件拿出來與大家分享。

本書主要面向零基礎(chǔ)電子技術(shù)愛好者以及還沒有編程基礎(chǔ)的工程技術(shù)人員以及高等學(xué)校低年級(jí)學(xué)生。從基礎(chǔ)的電路設(shè)計(jì)開始，緊扣理工科專業(yè)的人才培養(yǎng)方案和必備專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)，涵蓋了模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)和Qt上位機(jī)等，逐步引導(dǎo)讀者進(jìn)行電子技術(shù)和單片機(jī)的學(xué)習(xí)。

全書共分6章，第1章為常用電子元器件及應(yīng)用，內(nèi)容包括電阻、電容、電感、二極管、三極管和集成電路；第2章為電子操作和電子儀器，內(nèi)容包括電子操作、電路板基礎(chǔ)及制作、常用電子儀器簡介；第3章為趣味電子制作實(shí)例，主要內(nèi)容為各類趣味電子實(shí)驗(yàn)；第4章為初識(shí)Arduino與C語言，主要內(nèi)容為Arduino基礎(chǔ)知識(shí)；第5章為Arduino基礎(chǔ)實(shí)例，主要內(nèi)容為Arduino各類實(shí)驗(yàn)案例；第6章為創(chuàng)意機(jī)器人及上位機(jī)，主要內(nèi)容包括基于Arduino的各類創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計(jì)以及Qt上位機(jī)。

本書主要特色如下：

（1）內(nèi)容較為基礎(chǔ)。本書主要面向還沒有任何電子技術(shù)和單片機(jī)基礎(chǔ)的讀者，充分利用Arduino開源硬件在編程方面的高效便捷性引導(dǎo)讀者打開電子技術(shù)和單片機(jī)的大門，快速掌握電子電路和單片機(jī)的基本概念和方法。章節(jié)內(nèi)容注重循序漸進(jìn)、由淺入深、言簡意賅、邏輯性強(qiáng)。

（2）理論結(jié)合實(shí)際。電子技術(shù)實(shí)例和Arduino項(xiàng)目實(shí)例在內(nèi)容安排上，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)，設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)和編程方法，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都驗(yàn)證相關(guān)的理論原理。所有實(shí)例代碼都在Arduino上調(diào)試通過，可以幫助讀者自我檢查對(duì)當(dāng)前內(nèi)容的掌握情況，以便及時(shí)跟進(jìn)。

（3）趣味性濃。本書第3章介紹的各類趣味電子制作實(shí)例和第6章的創(chuàng)意機(jī)器人取材新穎，特別是創(chuàng)意機(jī)器人，趣味性較濃，學(xué)生選做率高。產(chǎn)品制作完成后，機(jī)器人的運(yùn)行過程極大地吸引了學(xué)生的眼球，并通過機(jī)器人的調(diào)試引發(fā)學(xué)生對(duì)作品的思考，也激發(fā)了他們的創(chuàng)新精神。

由于時(shí)間倉促及作者水平有限，書中可能會(huì)有個(gè)別錯(cuò)誤，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

知識(shí)圖譜

編 者

2025年1月

第1章 常用電子元器件及應(yīng)用 1
1.1 電阻 1
1.1.1 電阻的種類和命名 1
1.1.2 電阻的參數(shù)與標(biāo)識(shí) 2
1.1.3 電阻的檢測(cè)和選用 3
1.1.4 電位器 4
1.1.5 敏感電阻 5
1.2 電容 8
1.2.1 電容的種類 8
1.2.2 電容的參數(shù) 8
1.2.3 電容的應(yīng)用 9
1.3 電感 12
1.3.1 電感的種類 12
1.3.2 電感的參數(shù)與標(biāo)識(shí) 13
1.3.3 電感的應(yīng)用與檢測(cè) 14
1.4 二極管 15
1.4.1 二極管基礎(chǔ) 15
1.4.2 常用二極管 16
1.4.3 二極管的檢測(cè) 19
1.5 三極管 20
1.5.1 三極管的種類和參數(shù) 20
1.5.2 三極管的應(yīng)用 22
1.5.3 三極管的檢測(cè) 23
1.5.4 光電三極管 24
1.6 集成電路 25
1.6.1 初識(shí)集成電路 25
1.6.2 數(shù)字集成電路 26
1.6.3 集成波形發(fā)生器 39
1.6.4 運(yùn)算放大器 43
1.6.5 集成電壓比較器 53
1.6.6 集成電源穩(wěn)壓器 56
第2章 電子操作和電子儀器 64
2.1 電子操作 64
2.1.1 常用電子操作工具 64
2.1.2 電子焊接方法 70
2.1.3 萬用表使用方法 74
2.2 電路板基礎(chǔ)及制作 76
2.2.1 面包板 76
2.2.2 萬能電路板 80
2.2.3 印刷電路板 81
2.2.4 轉(zhuǎn)印法自制電路板 83
2.2.5 電路制作要點(diǎn) 86
2.3 常用電子儀器簡介 88
2.3.1 直流穩(wěn)壓電源 88
2.3.2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 91
2.3.3 示波器 94
2.3.4 如何使用儀器進(jìn)行電路調(diào)試 98
第3章 趣味電子制作實(shí)例 100
3.1 燈光照明類 100
3.1.1 電子螢火蟲 100
3.1.2 雙色爆閃燈 102
3.1.3 絢麗變色燈 104
3.1.4 動(dòng)感流水燈 106
3.1.5 聲光控延時(shí)小夜燈 107
3.2 音樂音響類 109
3.2.1 能畫出聲音的音樂鉛筆 109
3.2.2 柯南電子變聲器 112
3.2.3 遠(yuǎn)距離聲音采集器 114
3.2.4 電子口技 116
3.2.5 紅外無線耳機(jī) 117
3.3 生活?yuàn)蕵奉?120
3.3.1 模擬電子蠟燭 120
3.3.2 斷線探測(cè)器 122
3.3.3 電子測(cè)謊儀 124
3.3.4 電子探寶器 126
3.3.5 電子防丟器 128
3.3.6 電脈沖治療儀 134
3.4 科學(xué)探究類 136
3.4.1 電磁彈射技術(shù) 136
3.4.2 電磁懸浮裝置 139
3.4.3 聲懸浮裝置 143
3.4.4 無線電能傳輸 146
3.4.5 神奇的特斯拉線圈 149
第4章 初識(shí)Arduino與C語言 158
4.1 單片機(jī)和Arduino的概念和發(fā)展歷史 158
4.2 常用的Arduino種類和選型 159
4.3 Arduino的開發(fā)工具 161
4.3.1 Arduino基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 161
4.3.2 Arduino創(chuàng)意機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 163
4.3.3 面包板與電源模塊聯(lián)合使用介紹 165
4.3.4 Arduino IDE的安裝方法 169
4.3.5 Arduino IDE的使用方法 173
4.3.6 編寫打印Hello Arduino程序 176
4.4 Arduino編程語言及程序結(jié)構(gòu) 183
4.4.1 Arduino程序結(jié)構(gòu) 183
4.4.2 C/C++語言基礎(chǔ) 184
4.4.3 Arduino傳感器擴(kuò)展 193
第5章 Arduino基礎(chǔ)實(shí)例 196
5.1 Arduino流水燈實(shí)驗(yàn) 196
5.2 Arduino按鍵控制實(shí)驗(yàn)一 198
5.3 Arduino按鍵控制實(shí)驗(yàn)二 200
5.4 Arduino驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣LED顯示實(shí)驗(yàn) 202
5.5 Arduino串行LCD顯示實(shí)驗(yàn) 206
5.6 Arduino小型氣象站 210
5.7 Arduino A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)—小夜燈控制 212
5.8 Arduino超聲波測(cè)距實(shí)驗(yàn) 215
5.9 Arduino串行通信實(shí)驗(yàn) 217
5.10 Arduino控制舵機(jī)實(shí)驗(yàn) 219
5.11 Arduino驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn) 221
5.12 Arduino驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)實(shí)驗(yàn) 228
第6章 創(chuàng)意機(jī)器人及上位機(jī) 238
6.1 機(jī)器人簡介 238
6.1.1 機(jī)器人組成 238
6.1.2 機(jī)器人分類 239
6.1.3 機(jī)器人能力評(píng)價(jià) 239
6.1.4 機(jī)器人發(fā)展歷史 240
6.1.5 機(jī)器人發(fā)展特點(diǎn) 241
6.2 創(chuàng)意機(jī)器人實(shí)驗(yàn) 242
6.2.1 基于直流電機(jī)的尋跡機(jī)器人 242
6.2.2 基于步進(jìn)電機(jī)的尋跡機(jī)器人 251
6.2.3 迷宮機(jī)器人 256
6.2.4 滅火機(jī)器人 263
6.2.5 垃圾分類機(jī)器人 267
6.2.6 App藍(lán)牙遙控機(jī)器人 275
6.2.7 相撲機(jī)器人 279
6.2.8 爬坡機(jī)器人 283
6.2.9 自適應(yīng)跟隨機(jī)器人 290
6.2.10 送藥機(jī)器人 297
6.3 機(jī)器人競賽簡介 331
6.4 工業(yè)機(jī)器人分類 334
6.5 機(jī)器人Qt控制軟件 335
6.5.1 上位機(jī)發(fā)展歷史 335
6.5.2 Qt上位機(jī)實(shí)例 336
參考文獻(xiàn) 361

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3. 基于AI的Web技術(shù)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn) [主編 李攀 孫曉葉 孫旭光]
4. 數(shù)字技能基礎(chǔ) [主編　馮迎　陳偉　劉美麗]
5. 應(yīng)用數(shù)學(xué)（第二版） [主編 劉東海 劉麗瑤]
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7. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（麒麟操作系統(tǒng)+WPS Office） [主編　芮雪　蔣莉　王亮亮]
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10. 高等教育多維評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與高質(zhì)量發(fā)展研究 [張妍 著]
11. 系統(tǒng)規(guī)劃與管理師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn)（第二版） [主編 薛大龍]
12. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)踐指導(dǎo)（openEuler版） [主編 秦光 曾陳萍 岳付強(qiáng)]
13. 信息系統(tǒng)管理工程師真題及模考卷精析（適用機(jī)考） [主 編 薛大龍 程 剛 上官緒]
14. 航海類院校體育教育教學(xué)研究 [張利超 李寧 著]
15. 新時(shí)代背景下我國職業(yè)教育產(chǎn)教融合長效機(jī)制建設(shè)研究 [王玉賢 著]
16. 電路分析 [主編 李飛 毛先柏]
17. 信息系統(tǒng)管理工程師（適用第2版大綱）一站通關(guān) [指尖瘋　編著]
18. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實(shí)踐 [陳鈉 著]
19. 網(wǎng)絡(luò)工程師備考一本通（適配第6版考綱） [夏杰 編著]
20. 陳孝云的職教理想與情懷 [祝吉太 江傳瑞 張義廷 著]
21. 地方本科院校電子信息學(xué)科課程思政案例集 [王甫]
22. Excel數(shù)據(jù)處理與分析（第二版） [主編 張志明 鄒 蕾]
23. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
24. 倉儲(chǔ)管理實(shí)務(wù)（第二版） [周寧武 編著]
25. 基于AE與C#的地理信息系統(tǒng)二次開發(fā) [李小根 賈艷昌 喬翠平 姜彤 ]
26. 2023年長沙市文化和旅游業(yè)發(fā)展報(bào)告 [主編 陳莉]
27. 舞臺(tái)化妝造型設(shè)計(jì) [主編 劉思彤 張 濤 張憶雨]
28. 產(chǎn)教融合視角高校體育專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究 [楊柳青 葉華兵 著]
29. 知識(shí)圖譜及應(yīng)用案例 [張善文 黃文準(zhǔn) 于長青 陳明淑]
30. Python程序設(shè)計(jì)案例教程（微課版） [主編　石利平　田輝平　余以勝]