PDF《电子创客案例手册》

是大专院校计算机、电子工程、微电子与半导体专业师生,以及硬件系统工 程师和数字电路 / 模拟电路设计者的理想参考用书. 本书在翻译与出版过程中,得到了清华大学出版社编辑们的鼎力支持与帮助.他们的工 作细致入微,没有他们的正确引导,本书不可能成功付梓,在此表示衷心感谢!本书全 部章节由王诚成、孙晶、孙海文翻译,参与本书翻译的还有王鑫、陈青华、董庆超、庞威, II | 电子创客案例手册 Arduino 和Raspberry Pi 电子制作实战 在此一并表示感谢. 译者是原著作者与译文读者之间的桥梁和纽带.在翻译过程中,译者本着 诚惶诚恐 的态度,力求达到 信、达、雅 的境界,但鉴于译者水平有限,错误和失误在所难免, 如有任何意见和建议,请读者朋友不吝指正. 最后,希望读者通过阅读本书能早日设计出优秀的电子产品,领略理论与实践相结合 之美! 前言本书中有关电子学的内容借鉴了备受推崇的 O'

Reilly Cookbook 的制作实践,并分为许 多案例.这些案例可以提高读者阅读本书的自由程度,遵循这些案例可以学习相关的理 论基础知识并解决实际问题. 电子学十分复杂,科目广泛,不可能在一本书中涵盖所有内容,但我尽可能在本书中收 录了我与其他电子产品制作者、爱好者和开发者交谈时最常出现的案例. 本书读者对象 如果你身处电子行业或者想要进入电子行业,那么本书可以帮助你从爱好中获得更多知 识.本书有很多设计和测试案例,无论你的专业知识水准如何,都可以按照案例进行实 践和设计. 撰写本书的原因 这本书已经构思一段时间了.最初的理念源于 Tim O'

Reilly 本人.这个想法就是为了填 补Arduino Cookbook、Raspberry Pi Cookbook 和重量级电子教科书之间的书籍在市场上 的空白. 换句话说,本书旨在涵盖经典电子书籍没有涉及的更多电子技术综合实践和通常被忽视 的微控制器外围电路使用实践.主要内容包括构造各种类型的电源,使用合适的晶体管 进行开关控制,使用模拟和数字电路,构造项目和模型,以及使用测试设备等. IV | 电子创客案例手册 Arduino 和Raspberry Pi 电子制作实战 当今的电子技术 像Arduino 和Raspberry Pi 这样的开发板吸引了新生代的电子产品制作者、业余爱好者 和开发者进入电子世界.当前,元器件和工具的成本都很低,而且接触的人比以往任何 时候都多.Hackspaces 和Fab labs 就有使用工具实现个人项目的电子工作站. 详细的设计方案等信息的免费获取,意味着你可以根据自己的需要从别人的案例中学习 甚至进行修改. 许多人刚开始将电子产品设计作为一种业余爱好,去接受电子工程的正规教育,或者直 接从事产品设计,成为一名开发者和创业者.毕竟,如果你有一台电脑、一些工具和元 器件,就可以构建一个工程样机,然后找到一个制造商,所有这些都是在众筹的帮助下 进行的.进入电子行业的门槛处于历史最低水平. 本书内容安排 作为一本创客案例书籍,你可以查阅并使用其中的任何案例,而不是按顺序阅读这本书. 如果你参考的案例依赖于其他案例中的一些知识或技能,那么其中会有一个链接指向该 先决条件的案例. 这些案例是按章节安排的,第1~6章提供了相对基础的案例,主要是关于不同种类元 器件的理论知识 ( 案例的基本材料 ).这些章节是: ? 第1章: 原理 .该章的案例提供了一些理论上你无法避开的概念,如欧姆定律 和能量守恒定律. ? 第2章: 电阻 .解释了最常见的电子元器件,并提供了它们的一些用途案例. ? 第3章: 电容与电感 .在该章你将找到解释这些元器件如何工作的案例,如何 识别它们,以及如何使用它们. ? 第4章: 二极管 .在该章中你会找到解释二极管的案例,适用于不同类型的 二极管,包括齐纳二极管、光电二极管和发光二极管. ? 第5章: 晶体管和集成电路 .该章主要包含了使用晶体管的基本案例,以及在 不同的环境下使用不同类型的晶体管的指南.引入了集成电路,但是你会发现个别 的集成电路案例分散在书的其他章节中. ? 第6章: 开关与继电器 .介绍常见但经常被忽略的器件. 下一部分中的章节介绍如何将第一部分中介绍的组件应用于各种各样的案例中,这些案 例涵盖了你可能想要设计的电子产品. 前言|V?第7章: 电源 .无论你的项目产品是什么,都需要进行供电.可在该章中找到传 统电源设计和开关模式电源 (Switched Mode Power Supplies,SMPS) 以及更独特的 高压电源的案例. ? 第8章: 电池 .该章包含了选择电池的案例,以及用于充电电池 ( 包括 LiPo 电池 ) 和自动电池备份的实用电路. ? 第9章: 太阳能 .该章提供了使用太阳能板为项目供电的案例,包括为 Arduino 和Raspberry Pi 提供太阳能. ? 第10 章: Arduino 和Raspberry Pi .目前,大多数电子产品制作者的项目都使用 诸如 Arduino 或Raspberry Pi 的开发板.案例中引入了这种开发板及其控制外部电 路的相关内容. ? 第11 章: 开关 .章名 开关 是动词,不是名词,该章提供了一些诀窍,告诉 你如何使用晶体管、机电式继电器和固态继电器通过 Arduino 或Raspberry Pi 来开 启和关断被控对象. ? 第12 章: 传感器 .该章提供了使用许多不同类型传感器的案例,包括如何使用 Arduino 和Raspberry Pi 来控制它们. ? 第13 章: 电机 .该章提供了使用 Arduino 和Raspberry Pi 驱动不同类型的电机 的案例 ( 直流、步进和伺服 ),并介绍了如何控制电机速度和方向. ? 第14 章: LED 和显示器 .除了通过 Arduino 或Raspberry Pi 控制标准 LED 的案 例之外,该章还提供了使用各种类型的发光二极管和各种显示器的使用案例,包括 OLED 图形显示器、可寻址的 LED 条(NeoPixels) 和LCD 显示器. ? 第15 章: 数字集成电路 .该章包含一些数字集成电路的案例,尽管受微控制器 出现的影响,但仍在电路设计中广泛使用. ? 第16 章: 模拟电路 .在该章中,你将找到各种有用的模拟电路设计案例,从简 单的滤波器到一系列振荡器和定时器设计. ? 第17 章: 运算放大器 .属于模拟电路器件,该章提供了直接放大、滤波设计、 缓冲和比较器等各种案例. ? 第18 章: 音频 .该章提供了通过麦克风播放从 Arduino 或Raspberry Pi 中发出 并通过功率放大器 (模拟和数字) 放大的声音信号的案例. ? 第19 章: 无线电 .该章提供一些关于 FM 发射器和接收器的有趣案例,比如怎 样完成从一个 Arduino 到另一个 Arduino 的数据发送. 本书的最后一部分包含构建和使用工具的方法. VI | 电子创客案例手册 Arduino 和Raspberry Pi 电子制作实战 ? 第20 章: 构建 .该章提供了构建 无焊 原型和将其变为更持久焊接形式的案例. 该章还提供了下直插和贴片元件焊接的案例. ? 第21 章: 工具 .包括台式电源、万用表、示波器以及虚拟仪器的使用,都在这 一章案例中进行描述. 附录列出了书中使用的所有部件及有帮助的供应商,并提供了包括 Arduino 和Raspberry Pi 在内的器件引脚说明. 网络资源 对于电子发烧友来说,有许多很好的资源可用. 如果你正在寻找项目创意,那么像 Hackaday 和Instructables 这样的网站是很好的灵感 来源. 当你想要寻求项目帮助时,你经常期望得到很多经验丰富的、有知识的人的建议,而这 些人会在下面的论坛上发表意见.记住在提问之前先搜索一下论坛,以防这个问题之前 已经存在 (通常是这样) 并能清晰地解释你的疑问,否则 专家 会对你不耐烦. ? http://forum.arduino.cc ? https://www.raspberrypi.org/forums ? http://www.eevblog.com/forum ? http://electronics.stackexchange.com 本书中的约定 本书使用以下排版约定. 斜体 表示新的术语、网站链接、电子邮件地址、文件名和文件扩展名. 等宽字体 用于程序清单. 该图标表示提示或建议 该图标表示警告或注意 前言|VII 使用代码示例 可通过 https://github.com/simonmonk/electronics_cookbook 下载本书的辅助材料 (代码示 例、练习等).另外,也可扫描封底二维码来下载. 本书旨在帮助你完成工作.一般来说,本书案例中的代码可以在你的程序和文档中直接 使用.除非复制大量代码,否则你不需要与我们联系.例如,编写一个从本书中使用了 几段代码的程序不需要得到许可.出售或分销 O'