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前言1

第1章 入门1

1.1概述1

1.2入门1

1.3 Arduino UNO R33

1.4案例：自主迷宫导航机器人5

1.4.1结构图6

1.4.2 UML活动图7

1.4.3 Arduino UNO R3系统7

1.5 Arduino开源原理图7

1.6其他基于Arduino的硬件平台9

1.7扩展Arduino平台的硬件功能特性9

1.8 Arduino软件10

1.9 Arduino UNO R3/ATmega328芯片硬件功能10

1.9.1内存单元12

1.9.2端口系统12

1.9.3内部系统13

1.10应用：Arduino设备套件16

1.11小结17

1.12参考文献17

1.13本章习题17

第2章 编程18

2.1概述18

2.2编程大图18

2.3解析程序20

2.3.1注释21

2.3.2包含文件21

2.3.3函数22

2.3.4程序常量24

2.3.5中断处理器定义24

2.3.6变量24

2.3.7主程序25

2.4基本的编程概念25

2.4.1运算符25

2.4.2编程结构29

2.4.3决策处理30

2.5 Arduino开发环境32

2.5.1背景33

2.5.2 Arduino开发环境简介33

2.5.3速写本概念34

2.5.4 Arduino软件、库以及Arduino语言参考资料34

2.6应用1：机器人红外距离传感器36

2.7应用2：艺术照明系统39

2.8小结39

2.9参考文献40

2.10本章习题40

第3章 嵌入式系统设计41

3.1什么是嵌入式系统41

3.2嵌入式系统设计流程42

3.2.1项目说明42

3.2.2背景研究42

3.2.3前期设计43

3.2.4设计43

3.2.5实现原型45

3.2.6初步测试45

3.2.7完整并准确的文档记录46

3.3案例：Blinky 602A自主迷宫导航机器人系统设计46

3.4应用：Blinky 602A机器人的控制算法51

3.5小结57

3.6参考文献58

3.7本章习题58

第4章 串行数据通信子系统59

4.1概述59

4.2串行通信59

4.3串行通信术语60

4.4串行USART62

4.5串行系统运行以及使用Arduino开发环境功能编程65

4.6串行系统运行以及在C开发环境中的编程68

4.7 SPI在Arduino开发环境中编程71

4.8 SPI在C开发环境中编程72

4.9两线串行接口——TWI73

4.10应用1：SD/MMC卡模块通过USART扩展73

4.11应用2：通过ISP对Arduino UNO R3控制板的ATmega328芯片编程76

4.12小结78

4.13参考文献78

4.14本章习题78

第5章 模数转换器79

5.1概述79

5.2采样、量化和编码80

5.3模数转换过程83

5.3.1换能器接口设计电路83

5.3.2运算放大器85

5.4模数转换技术88

5.5 Atmel公司的ATmega328芯片ADC系统89

5.5.1框架图89

5.5.2寄存器90

5.6使用Arduino开发环境为模数转换功能编程92

5.7使用C开发环境为模数转换功能编程92

5.8实例：ADC雨量计指示灯93

5.8.1 ADC雨量计指示灯（使用Arduino开发环境）94

5.8.2 ADC雨量计指示灯（使用C开发环境）97

5.8.3 ADC雨量计指示灯（基于Arduino开发环境的C编程混合优化）102

5.9一位模数转换（阈值检测器）103

5.10数模转换器（DAC ）105

5.10.1数模转换器（使用Arduino开发环境）106

5.10.2数模转换器（外接转换器）106

5.11应用：艺术作品照明系统——优化107

5.12小结109

5.13参考文献110

5.14本章习题111

第6章 中断子系统112

6.1概述112

6.2 ATmega328中断系统113

6.3中断编程113

6.4基于C语言及Arduino开发环境的中断编程114

6.4.1外部中断编程114

6.4.2内部中断编程117

6.5前台处理和后台处理121

6.6中断例程121

6.6.1 C语言中的实时时钟121

6.6.2 Arduino开发环境中的实时时钟123

6.6.3用C语言中断驱动的USART125

6.7小结134

6.8参考文献134

6.9本章习题134

第7章 定时器子系统136

7.1概述136

7.2有关定时器的术语136

7.2.1频率137

7.2.2周期137

7.2.3占空比137

7.3定时器系统概述138

7.4应用139

7.4.1输入捕捉——测量外部定时事件140

7.4.2计数事件140

7.4.3输出比较——对外部设备接口产生定时信号141

7.4.4工业实施案例研究（PWM）141

7.5 Atmel公司的ATmega328控制器上的定时器系统概述142

7.6 Timer 0系统143

7.6.1运行模式144

7.6.2 Timer 0寄存器146

7.7 Timer 1148

7.7.1 Timer 1寄存器149

7.8 Timer 2151

7.9利用Arduino开发环境中内置的钟功能在Arduino UNO R3控制板上编程154

7.10用C语言编写定时器系统154

7.10.1 C语言中的精确延时154

7.10.2 C语言中的PWM156

7.10.3在C语言中输入捕获模式157

7.11基于C语言的伺服电机控制的PWM系统158

7.12小结162

7.13参考文献162

7.14本章习题163

第8章Atmel AⅤR系列微控制器运行参数和接口164

8.1概述164

8.2运行参数165

8.3电池供电167

8.3.1嵌入式系统电压和电流消耗规格167

8.3.2电池特性167

8.4输入设备168

8.4.1开关168

8.4.2开关接口电路中的上拉电阻169

8.4.3开关去抖动169

8.4.4键盘170

8.4.5传感器174

8.4.6 LM34温度传感器案例176

8.5输出设备176

8.5.1发光二极管176

8.5.2七段码LED显示176

8.5.3代码样例178

8.5.4三态LED指示灯179

8.5.5点阵屏180

8.5.6使用C编程液晶字符显示屏（LCD）182

8.5.7使用Arduino开发环境编程液晶字符显示屏（LCD）188

8.5.8大功率直流设备189

8.6直流电磁阀控制189

8.7直流电机速度和方向控制190

8.7.1直流电机运行参数191

8.7.2 H桥方向控制191

8.7.3伺服电机接口192

8.7.4步进电机控制192

8.7.5交流设备198

8.8驱动其他设备199

8.8.1报警器、蜂鸣器199

8.8.2振动电机199

8.9扩展实例1：自动风扇制冷系统200

8.10扩展实例2：艺术灯光系统207

8.11扩展实例3：飞行模拟器操控面板211

8.12扩展实例4：潜水机器人231

8.12.1需求233

8.12.2结构图233

8.12.3电路图234

8.12.4 UML活动图234

8.12.5微控制器程序235

8.12.6项目衍生237

8.13扩展实例5：气象站237

8.13.1需求237

8.13.2结构图238

8.13.3电路图238

8.13.4 UML活动图240

8.13.5微控制器程序241

8.14小结248

8.15 参考文献248

8.16本章习题249

附录A ATmega328寄存器设置252

附录B ATmega328头文件256