电子创客案例手册：Arduino和Raspberry Pi电子制作实战

　　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。

　　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

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