具体描述
产品特色
内容简介
主要内容：
■ 理论概念，如欧姆定律，以及功率、电压和电流之间的关系；
■ 电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路、开关和继电器的基本用途；
■ 电源、传感器、电机、集成电路、无线电电路和产品的设计；
■ 在电子工程中使用Arduino和Raspberry Pi的技术建议；
■ 如何构建和使用工具，如万用表、示波器、仿真软件和未焊接的电路原型。
作者简介
Simon Monk是一位全职作家和制作者，投入大量精力撰写有关电子产品的书籍和文章。Simon撰写的一些知名书籍包括Raspberry Pi Cookbook、Programming Arduino和Hacking Electronics。Simon曾与儿子Matthew Monk合作撰写Minecraft Mastery一书，也曾参与撰写Practical Electronics for Inventors。
目录
目 录
第1 章 原理 1
1.0 引言 1
1.1 电流的物理意义 1
1.2 电压的物理意义 2
1.3 电压、电流、电阻的计算 3
1.4 电路中节点电流的计算 5
1.5 电路中支路电压的计算 6
1.6 功率的物理意义 7
1.7 交流电 7
第2 章 电阻 11
2.0 引言 11
2.1 阅读电阻封装 11
2.2 查找电阻标称值 13
2.3 选择可变电阻 14
2.4 串联电阻 15
2.5 并联电阻 16
2.6 分压至可测范围 18
2.7 电阻的合理选择 19
2.8 光敏电阻的测量 20
2.9 热敏电阻的测量 21
2.10 选择合理的导线 22
第3 章 电容与电感 27
3.0 引言 27
3.1 储能器件 27
3.2 识别电容类型 31
3.3 阅读电容封装 32
3.4 并联电容 33
3.5 串联电容 34
3.6 大能量的储存 34
3.7 计算电容中的储能 35
3.8 电流大小的缓冲和方向的改变 36
3.9 变换交流电电压 37
第4 章 二极管 41
4.0 引言 41
4.1 电流的单向导通性 41
4.2 识别二极管类型 43
4.3 齐纳二极管 44
4.4 发光二极管 46
4.5 检测光 47
第5 章 晶体管和集成电路 49
5.0 引言 49
5.1 放大电流 50
5.2 用小电流控制开关电流 53
5.3 有效开关高电流负载 54
5.4 超高压开关 56
5.5 选择正确的晶体管 57
5.6 交流电流开关 59
5.7 使用晶体管测量光强 60
5.8 光电耦合隔离器 61
5.9 认识集成电路 63
第6 章 开关与继电器 65
6.0 引言 65
6.1 机电开关 65
6.2 识别开关的类型 66
6.3 磁力开关 69
6.4 重识继电器 69
第7 章 电源 71
7.0 引言 71
7.1 交流转交流 71
7.2 将交流转换为直流( 简易) 73
7.3 纹波较小的交流转直流 74
7.4 交流转稳压直流 76
7.5 交流转可变直流 78
7.6 电池的稳压输出 79
7.7 制作恒流电源 80
7.8 高效调节直流电压 81
7.9 直流低压转直流高压 82
7.10 DC/AC 转换 83
7.11 110V 或220V 交流供电 85
7.12 倍增电压 87
7.13 450V 高压供电 88
7.14 更高电压(>1kV) 供电 90
7.15 超高压供电(固态特斯拉线圈) 91
7.16 熔断保险丝 93
7.17 极性保护 94
第8 章 电池 97
8.0 引言 97
8.1 估算电池寿命 97
8.2 选择不可充电电池 99
8.3 选择可充电电池 100
8.4 涓流充电 101
8.5 自动备用电池 103
8.6 锂聚合物电池充电 104
8.7 用“焦耳小偷”获得所有电量 105
第9 章 太阳能 109
9.0 引言 109
9.1 太阳能供电 109
9.2 太阳能电池板的选择 111
9.3 测量太阳能电池板的实际输出功率 113
9.4 太阳能驱动Arduino 115
9.5 太阳能驱动Raspberry Pi 117
第10 章 Arduino 和Raspberry Pi 119
10.0 引言 119
10.1 Arduino 简介 119
10.2 下载与使用本书的Arduino 例程 122
10.3 Raspberry Pi 简介 123
10.4 下载与使用Python 例程 125
10.5 Raspberry Pi 启动时运行程序 126
10.6 探索Arduino 和Raspberry Pi 的替代品 126
10.7 端口设置 128
10.8 Arduino 数字输出控制操作 131
10.9 Raspberry Pi 数字输出控制操作 132
10.10 Arduino 数字输入控制操作 133
10.11 Raspberry Pi 数字输入控制操作 136
10.12 Arduino 的模拟输入读取操作 137
10.13 Arduino 的模拟输出生成操作 138
10.14 Raspberry Pi 的模拟输出生成操作 141
10.15 Raspberry Pi 的I2C 总线设置 143
10.16 Raspberry Pi 的SPI 总线设置 145
10.17 电压转换 146
第11 章 开关 149
11.0 引言 149
11.1 Pi 或Arduino 的功率驱动电路 149
11.2 高端功率驱动电路 151
11.3 大功率驱动电路 153
11.4 高端驱动的大功率驱动电路 155
11.5 BJT 和MOSFET 的选择 156
11.6 使用Arduino 驱动负载 157
11.7 Raspberry Pi 驱动负载 160
11.8 可翻转驱动电路 162
11.9 GPIO 控制继电器 163
11.10 GPIO 控制固态继电器 165
11.11 集电极开路输出的连接 166
第12 章 传感器 169
12.0 引言 169
12.1 将开关连接到Arduino 或Raspberry Pi 169
12.2 检测旋转位置 174
12.3 检测来自电阻式传感器的模拟输入 178
12.4 将模拟输入加载到Raspberry Pi 180
12.5 不用ADC 将电阻式传感器连接到Raspberry Pi 181
12.6 测量光强度 182
12.7 用Arduino 或Raspberry Pi 测量温度 183
12.8 使用不带ADC 的Raspberry Pi 测量温度 185
12.9 使用电位器测量旋转位置 186
12.10 用模拟芯片测量温度 188
12.11 用数字芯片测量温度 190
12.12 测量湿度 193
12.13 测量距离 195
第13 章 电机 199
13.0 引言 199
13.1 直流电机的驱动 199
13.2 测量直流电机的转速 200
13.3 控制直流电机的方向 202
13.4 将电机设置到精确位置 206
13.5 使电机按精确的步数转动 210
13.6 选择更简易步进电机 215
第14 章 LED 和显示器 219
14.0 引言 219
14.1 驱动普通LED 219
14.2 驱动大功率LED 221
14.3 驱动多个LED 224
14.4 同时开关多个LED 225
14.5 7 段数码管显示 225
14.6 控制多个LED 228
14.7 改变RGB LED 的颜色 232
14.8 连接到可寻址LED 条 236
14.9 使用I2C 7 段LED 显示 239
14.10 在OLED 显示屏上显示图形或文字 241
14.11 使用字母、数字LCD 显示文本 243
第15 章 数字集成电路 247
15.0 引言 247
15.1 保护集成电路免受电气噪声的影响 247
15.2 组合逻辑器件认知 248
15.3 GPIO 的扩展 249
15.4 构建逻辑门电路 253
15.5 数字分频器 254
15.6 连接十进制计数器 255
第16 章 模拟电路 259
16.0 引言 259
16.1 滤除高频(简易) 259
16.2 构建一个振荡器 262
16.3 连续的闪烁LED 263
16.4 避免从输入到输出的降压 264
16.5 构建低成本振荡器 266
16.6 构建可变占空比振荡器 267
16.7 制作单次定时器 269
16.8 控制电机转速 270
16.9 对模拟信号进行PWM 272
16.10 制作压控振荡器 274
16.11 理解分贝测量 275
第17 章 运算放大器 279
17.0 引言 279
17.1 选择运算放大器 280
17.2 运算放大器的供电( 分支供电) 282
17.3 运算放大器的供电( 单电源) 283
17.4 制作反相放大器 283
17.5 制作同相放大器 285
17.6 信号缓冲 286
17.7 降低高频振幅 288
17.8 滤除低频 291
17.9 滤除高、低频 292
17.10 比较两个电压 294
第18 章 音频 297
18.0 引言 297
18.1 在Arduino 上播放声音 298
18.2 用Raspberry Pi 播放声音 300
18.3 驻极体麦克风的使用 301
18.4 制作一个1W 的功率放大器 304
18.5 制作一个10W 的功率放大器 306
第19 章 无线电 309
19.0 引言 309
19.1 制作FM 收音机发射机 313
19.2 使用Raspberry Pi 设计一个软件FM 发射机 314
19.3 制作一个基于Arduino 控制的FM 收音机 315
19.4 通过无线电发送数字数据 317
第20 章 构建 321
20.0 引言 321
20.1 创建临时电路 321
20.2 创建永久性电路 326
20.3 自制电路板 329
20.4 探究通孔焊接 331
20.5 探究表贴焊接 332
20.6 元器件脱焊 336
20.7 不破坏元器件的焊接 337
第21 章 工具 339
21.0 引言 339
21.1 使用实验室电源 339
21.2 测量直流电压 340
21.3 测量交流电压 342
21.4 测量电流 342
21.5 测量导通性 343
21.6 测量电阻、电容、电感 344
21.7 放电电容 345
21.8 测量高电压 346
21.9 使用示波器 349
21.10 使用函数生成器 350
21.11 仿真 352
21.12 安全用电 354
附录A 零部件与供应商 357
附录B Arduino 引脚 367
附录C Raspberry Pi 引脚 369
附录D 单位与单位前缀 371
后记 373
前言/序言
前 言
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》中涵盖所有内容，但我尽可能在《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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。
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》可以帮助你从爱好中获得更多知识。《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的原因
这《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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，《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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。
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。
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》。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。
? 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。
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的最后一部分包含构建和使用工具的方法。
? 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RaspberryPi 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。
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》中的约定
《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》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。
感谢Duncan Amos、David Whale 和Mike Bassett，感谢他们对这《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的技术评论，以及他们提供的许多有用的建议，使这《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》的质量更上一层楼。
我还想感谢Afroman 许可《电子创客案例手册 Arduino和Raspberry Pi电子制作实战》使用了他很棒的FM 发射器设计；以及Digi-Key 电子公司的朋友们完成了部分代码方面的帮助。
与O'Reilly 的专业人员一起工作是一件很愉快的事情，尤其是Jeff Bleiel、HeatherScherer 和Brian Jepson。
用户评价
我一直认为，学习电子制作最重要的一点就是“循序渐进”，而这本书恰恰做到了这一点。它从最基础的Arduino入门，比如如何点亮一个LED，如何读取按钮的状态，这些看似简单却至关重要的基础知识，都讲解得极其细致。我最喜欢的是，书中关于PWM（脉冲宽度调制）的讲解，通过控制LED的亮度变化，让我对这种技术有了直观的认识，也为后面制作更复杂的“呼吸灯”效果打下了基础。而当深入到Raspberry Pi的部分时，这本书并没有突然拔高难度，而是通过一些有趣的项目，比如制作一个简单的网络收音机，或者一个DIY的电子相框，让我逐渐熟悉Linux系统和Python编程在嵌入式领域的应用。这些项目都非常有意思，而且能够直接看到成果，大大增强了我的学习信心。我特别喜欢书中对每一个项目完成后，都会有“进阶拓展”的建议，这让我知道，完成基础项目只是一个开始，还有更广阔的空间等待我去探索。这本书让我觉得，学习电子制作不再是枯燥的理论堆砌，而是一个充满乐趣和创造力的过程。
评分这本书简直就是为那些“想做点什么，但不知道怎么做”的初学者量身打造的！我一直对物联网这个概念很感兴趣，但总觉得离自己很远。这本书通过一些非常贴合生活的案例，比如制作一个智能浇花系统，或者一个远程控制的小夜灯，让我真实地感受到了物联网的魅力。我最喜欢的是，书中对于如何将Arduino和Raspberry Pi进行联动讲解的部分。这个概念一开始让我觉得有点复杂，但作者通过一个“智能家居小管家”的项目，将两者结合起来，清晰地展示了它们各自的优势以及如何协同工作。我跟着做了一个简化的版本，虽然只实现了简单的远程开关灯功能，但那种“我的设备听我指挥”的感觉，真的让我激动不已。这本书的优点在于，它不仅提供了详细的操作指南，更重要的是它传递了一种“创造”的思维。它鼓励你去思考，如何将书中的案例进行改造，如何将学到的技术应用到自己的实际需求中。这种启发性的教学方式，让我觉得学到的不仅仅是技术，更是解决问题的能力和创新的思维。
评分读完这本书，我最大的感受就是，电子创客的世界并没有想象中那么遥不可及。这本书就像一位经验丰富的朋友，耐心地手把手教你如何将脑海中的创意变成触手可及的实物。我特别喜欢它对Raspberry Pi的应用介绍。以往我总觉得树莓派高高在上，只适用于一些专业的开发，但这本书通过几个非常接地气的项目，让我看到了它巨大的潜力。例如，那个基于树莓派的家庭监控系统，听起来就很高大上，但作者用极其清晰的图文和代码示例，将复杂的摄像头接入、视频流传输、甚至简单的物体识别都分解成了易于理解的步骤。我跟着做了一个简单的版本，虽然功能相对基础，但能够通过手机远程查看家里的情况，这种感觉太棒了！这本书的优点在于，它不仅教会了你如何操作，更重要的是它培养了你的逻辑思维和解决问题的能力。当你遇到代码报错或者电路不通的时候，你会发现书中的排查思路非常有帮助，它引导你去分析问题出在哪里，而不是简单地告诉你“这样改就行了”。这种自主学习的能力，远比死记硬背代码或电路图来得重要。
评分作为一名对电子制作充满热情的新手，我一直在寻找一本能真正带领我入门，并且能看到实际应用的书籍。这本书的出现，简直就是及时雨！我尤其喜欢它那种“上手就做”的理念。翻开书页，映入眼帘的不是枯燥的理论，而是一个个鲜活的电子项目。每一个项目都配有详尽的步骤说明，从最基础的元器件介绍，到复杂的电路连接，再到代码的编写和调试，都讲解得非常到位。我最欣赏的是，它并没有止步于“做出东西来”，而是深入地解释了每个项目背后的工作原理。比如，当我跟着书中的指南制作了一个智能避障小车时，我不仅学会了如何连接超声波传感器和电机驱动板，更明白了红外传感器是如何感知障碍物，又是如何通过单片机（Arduino）的编程逻辑来控制电机转向，从而实现避障功能的。这种“知其然，更知其所以然”的学习方式，让我觉得每一次的制作都不仅仅是模仿，而是在真正地掌握一门技能。而且，书中涉及的项目涵盖了从简单的LED闪烁到更复杂的物联网应用，这让我能够根据自己的兴趣和能力循序渐进地学习，不会感到 overwhelming。每次完成一个项目，那种成就感真的无与伦比，也极大地激发了我继续探索的动力。
评分这本书真的让我打开了新世界的大门！我之前对电子制作一直处于“听说过”的阶段，完全不知道从何下手。这本书就像是为我量身定制的入门指南，里面的案例设计得太巧妙了，既有实际的应用价值，又足够有趣，让人乐在其中。我印象最深刻的是关于数据采集和可视化的部分。书中有一个利用Arduino传感器采集温湿度，然后通过网络发送到手机APP进行实时显示的案例。我跟着做的时候，遇到了不少小麻烦，比如传感器读数不稳定，或者网络传输延迟。但书中的调试技巧和故障排除指南给了我很大的启发，让我能够一步步找到问题所在并解决。最终，我成功地搭建了自己的简易环境监测系统，看到手机屏幕上实时跳动的温度和湿度数值，那种满足感是无与伦比的。这本书的好处在于，它让你在实践中学习，在解决问题的过程中成长。它没有一味地灌输理论知识，而是通过一个个生动的案例，让你在动手实践中去理解电子元器件的工作原理和编程逻辑。这种学习方式，对于我这种动手能力比较强的人来说，简直是太有吸引力了。
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