零基础学电子系统设计—从电子电路基础到Arduino单片机项目开发

中国水利水电出版社

【作者】竺春祥张珂

【I S B N 】978-7-5226-3360-2

【责任编辑】张玉玲

【适用读者群】本专通用

【出版时间】2025-07-23

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【页数】368

【千字数】530

【印张】23

【定价】￥59

【丛书】

【备注信息】

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本书以单片机和电子电路为主线，以大学生电子设计竞赛培训为出发点，详细讲述了基本的单片机编程算法和电子电路设计，具体包括常用元件基础知识（如元件识别、技术指标和应用场合等）、常用电子电路操作基础（如电路焊接、常用电子仪器使用等，为后面设计调试电路打好基础）、趣味电子制作实例（如电子萤火虫、柯南电子变声器和神奇的电磁炮等，这些制作内容来源于生活，生动有趣、制作相对简单，可激发读者兴趣，使其顺利迈入电子技术的大门）、Arduino单片机（包括基础编程、机器人编程等）。

本书涉及知识内容广泛、基础，并有一定的趣味性，适合高校学生及广大电子爱好者学习参考。

零基础友好，结构清晰

以Arduino 为切入点，内容由浅入深，适合新手快速上手。

学用结合，实战导向

理论结合实例，提供可复现的电路与代码，学完即用。

趣味驱动，创新赋能

以趣味电子制作+ 创意机器人创意项目激发学习兴趣。

在新时代背景下，中国共产党第二十次全国代表大会提出了一系列重要精神，强调贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。这些精神为我国的科技教育和人才培养指明了方向，尤其是在电子系统设计领域。本书正是在这一精神指导下应运而生的，旨在为广大初学者提供一条通向电子系统设计的清晰路径，帮助其掌握基本的电子原理与设计方法。通过结合实际案例与理论知识，本书不仅强调创新思维的培养，也鼓励学生在实践中探索，提升动手能力和解决实际问题的能力。此外，本书将绿色设计理念融入教学内容，倡导可持续发展的设计思路，以适应现代社会对环保和资源节约的要求。通过学习本书，学生将不仅掌握电子系统设计的基本技能，更能树立起服务社会、推动科技进步的责任感，为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献自己的力量。

Arduino是一个功能十分强大的开源硬件平台，该主控具有简单易用、功能强大、费用低等特点。与传统的单片机相比，Arduino在大学生单片机入门教学方面优势显著，主要包括以下几个方面：

（1）开放性。Arduino是起步比较早的开源硬件项目。各种开源项目目前已经得到广泛的认可和大范围的应用。它的硬件电路和软件开发环境都是完全公开的，在不从事商业用途的情况下，任何人都可以使用、修改和分发它。

（2）易用性。对于稍微有心学习Arduino的人，不论基础如何，只要他有兴趣，拿到Arduino之后的1个小时内应该就可以成功运行第一个简单的程序了。

（3）交流性。对于初学者来说，交流与展示是非常能激发学习热情的途径。但有些时候，你用AVR做了个循迹小车，我用PIC做了个小车循迹，对单片机理解还不是特别深刻的初学者，交流上恐怕就会有些困难。而Arduino已经划定了一个比较统一的框架，一些底层的初始化采用了统一的方法，对数字信号和模拟信号使用的端口也做了自己的标定，初学者在交流电路或程序时非常方便。

（4）丰富的第三方资源。Arduino无论硬件还是软件，都是全部开源的，你可以深入了解底层的全部机理，它也预留了非常友好的第三方库开发接口。秉承了开源社区一贯的开放性和分享性，很多爱好者在成功实现了自己的设计后会把自己的硬件和软件拿出来与大家分享。

本书主要面向零基础电子技术爱好者以及还没有编程基础的工程技术人员以及高等学校低年级学生。从基础的电路设计开始，紧扣理工科专业的人才培养方案和必备专业知识结构，涵盖了模拟电路、数字电路、单片机和Qt上位机等，逐步引导读者进行电子技术和单片机的学习。

全书共分6章，第1章为常用电子元器件及应用，内容包括电阻、电容、电感、二极管、三极管和集成电路；第2章为电子操作和电子仪器，内容包括电子操作、电路板基础及制作、常用电子仪器简介；第3章为趣味电子制作实例，主要内容为各类趣味电子实验；第4章为初识Arduino与C语言，主要内容为Arduino基础知识；第5章为Arduino基础实例，主要内容为Arduino各类实验案例；第6章为创意机器人及上位机，主要内容包括基于Arduino的各类创意机器人设计以及Qt上位机。

本书主要特色如下：

（1）内容较为基础。本书主要面向还没有任何电子技术和单片机基础的读者，充分利用Arduino开源硬件在编程方面的高效便捷性引导读者打开电子技术和单片机的大门，快速掌握电子电路和单片机的基本概念和方法。章节内容注重循序渐进、由浅入深、言简意赅、逻辑性强。

（2）理论结合实际。电子技术实例和Arduino项目实例在内容安排上，从实验原理出发，设计电路结构和编程方法，每个实验都验证相关的理论原理。所有实例代码都在Arduino上调试通过，可以帮助读者自我检查对当前内容的掌握情况，以便及时跟进。

（3）趣味性浓。本书第3章介绍的各类趣味电子制作实例和第6章的创意机器人取材新颖，特别是创意机器人，趣味性较浓，学生选做率高。产品制作完成后，机器人的运行过程极大地吸引了学生的眼球，并通过机器人的调试引发学生对作品的思考，也激发了他们的创新精神。

由于时间仓促及作者水平有限，书中可能会有个别错误，恳请读者批评指正。

知识图谱

编者

2025年1月

第1章常用电子元器件及应用 1
1.1 电阻 1
1.1.1 电阻的种类和命名 1
1.1.2 电阻的参数与标识 2
1.1.3 电阻的检测和选用 3
1.1.4 电位器 4
1.1.5 敏感电阻 5
1.2 电容 8
1.2.1 电容的种类 8
1.2.2 电容的参数 8
1.2.3 电容的应用 9
1.3 电感 12
1.3.1 电感的种类 12
1.3.2 电感的参数与标识 13
1.3.3 电感的应用与检测 14
1.4 二极管 15
1.4.1 二极管基础 15
1.4.2 常用二极管 16
1.4.3 二极管的检测 19
1.5 三极管 20
1.5.1 三极管的种类和参数 20
1.5.2 三极管的应用 22
1.5.3 三极管的检测 23
1.5.4 光电三极管 24
1.6 集成电路 25
1.6.1 初识集成电路 25
1.6.2 数字集成电路 26
1.6.3 集成波形发生器 39
1.6.4 运算放大器 43
1.6.5 集成电压比较器 53
1.6.6 集成电源稳压器 56
第2章电子操作和电子仪器 64
2.1 电子操作 64
2.1.1 常用电子操作工具 64
2.1.2 电子焊接方法 70
2.1.3 万用表使用方法 74
2.2 电路板基础及制作 76
2.2.1 面包板 76
2.2.2 万能电路板 80
2.2.3 印刷电路板 81
2.2.4 转印法自制电路板 83
2.2.5 电路制作要点 86
2.3 常用电子仪器简介 88
2.3.1 直流稳压电源 88
2.3.2 函数信号发生器 91
2.3.3 示波器 94
2.3.4 如何使用仪器进行电路调试 98
第3章趣味电子制作实例 100
3.1 灯光照明类 100
3.1.1 电子萤火虫 100
3.1.2 双色爆闪灯 102
3.1.3 绚丽变色灯 104
3.1.4 动感流水灯 106
3.1.5 声光控延时小夜灯 107
3.2 音乐音响类 109
3.2.1 能画出声音的音乐铅笔 109
3.2.2 柯南电子变声器 112
3.2.3 远距离声音采集器 114
3.2.4 电子口技 116
3.2.5 红外无线耳机 117
3.3 生活娱乐类 120
3.3.1 模拟电子蜡烛 120
3.3.2 断线探测器 122
3.3.3 电子测谎仪 124
3.3.4 电子探宝器 126
3.3.5 电子防丢器 128
3.3.6 电脉冲治疗仪 134
3.4 科学探究类 136
3.4.1 电磁弹射技术 136
3.4.2 电磁悬浮装置 139
3.4.3 声悬浮装置 143
3.4.4 无线电能传输 146
3.4.5 神奇的特斯拉线圈 149
第4章初识Arduino与C语言 158
4.1 单片机和Arduino的概念和发展历史 158
4.2 常用的Arduino种类和选型 159
4.3 Arduino的开发工具 161
4.3.1 Arduino基础实验平台 161
4.3.2 Arduino创意机器人实验平台 163
4.3.3 面包板与电源模块联合使用介绍 165
4.3.4 Arduino IDE的安装方法 169
4.3.5 Arduino IDE的使用方法 173
4.3.6 编写打印Hello Arduino程序 176
4.4 Arduino编程语言及程序结构 183
4.4.1 Arduino程序结构 183
4.4.2 C/C++语言基础 184
4.4.3 Arduino传感器扩展 193
第5章 Arduino基础实例 196
5.1 Arduino流水灯实验 196
5.2 Arduino按键控制实验一 198
5.3 Arduino按键控制实验二 200
5.4 Arduino驱动点阵LED显示实验 202
5.5 Arduino串行LCD显示实验 206
5.6 Arduino小型气象站 210
5.7 Arduino A/D转换实验—小夜灯控制 212
5.8 Arduino超声波测距实验 215
5.9 Arduino串行通信实验 217
5.10 Arduino控制舵机实验 219
5.11 Arduino驱动步进电机实验 221
5.12 Arduino驱动直流电机实验 228
第6章创意机器人及上位机 238
6.1 机器人简介 238
6.1.1 机器人组成 238
6.1.2 机器人分类 239
6.1.3 机器人能力评价 239
6.1.4 机器人发展历史 240
6.1.5 机器人发展特点 241
6.2 创意机器人实验 242
6.2.1 基于直流电机的寻迹机器人 242
6.2.2 基于步进电机的寻迹机器人 251
6.2.3 迷宫机器人 256
6.2.4 灭火机器人 263
6.2.5 垃圾分类机器人 267
6.2.6 App蓝牙遥控机器人 275
6.2.7 相扑机器人 279
6.2.8 爬坡机器人 283
6.2.9 自适应跟随机器人 290
6.2.10 送药机器人 297
6.3 机器人竞赛简介 331
6.4 工业机器人分类 334
6.5 机器人Qt控制软件 335
6.5.1 上位机发展历史 335
6.5.2 Qt上位机实例 336
参考文献 361

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