中学生可以这样学Arduino单片机控制

　　《中学生可以这样学Arduino单片机控制》旨在为中学生学习和提升电子控制技术打下基础。书中第1、2章介绍常用的电子元器件和电子作品制作用到的工具。第3章举例说明Arduino系列单片机编程语言的使用。第4章设计了简单而有启发性的Arduino系列单片机基础认知实验，完成该基础实验后，读者将基本可以理解并能够简单应用单片机控制技术。第5章中丰富的应用性实验能够使学生感知到单片机强大的控制功能。第6章中原创性创意实验都是来自高中生的课堂实践或课外活动，给有兴趣的学生诸多思考与启发。
　　《中学生可以这样学Arduino单片机控制》适合作为高中生的教材和参考书，也适合作为Arduino单片机爱好者的参考书。

刘长焕，博士，中学一级教师，青年骨干教师，海淀区优秀科技辅导教师。负责电子控制技术与创意机器人课程的开发与建设，并编写了适用于教学的教材，开设北京大学的先修课《电路基础》以及多门校本选修和研修课，课上的学生项目获得国家实用新型专利。参与编写的《3D打印技术与科技创新实践》一书，获得海淀区第九届教育科研成果创新奖。多次参加校级教师基本功大赛，获得教学设计一等奖。参加全国一师一优课活动，课程被评为省级优秀课程。在北京市基础教育系统自制教具研制方案评审活动中获二等奖。辅导多个项目参加了北京市青少年科技创新大赛、全国青少年电子信息创新大赛、全国中小学劳动技术教育创新作品展评活动、北京市普通高中学生设计展示、金鹏科技论坛等比赛取得优异成绩，荣获优秀指导教师称号。

第1章电子控制技术概述1

1.1电子控制技术1

1.2Arduino控制系统2

第2章电路基础知识6

2.1常用电子元器件6

2.1.1电阻6

2.1.2发光二极管10

2.1.3单刀单掷开关11

2.1.4单刀双掷开关12

2.2常用工具13

2.2.1万用表13

2.2.2面包板与面包线14

2.2.3偏口钳15

2.2.4剥线钳16

2.2.5镊子16

2.2.6烙铁和焊锡17

2.2.7吸锡器17

2.2.8虎钳18〖1〗中学生可以这样学Arduino单片机控制〖1〗目录2.3识读和绘制电路图18

2.4自测题23

第3章Arduino基础知识24

3.1编程环境24

3.2编程语言27

3.3C语言常用语句33

3.3.1if条件语句33

3.3.2switch…case分支语句35

3.3.3for循环语句37

3.3.4while循环语句38

3.3.5do…while循环语句41

3.4自测题42

第4章基础实验44

4.1Arduino单片机系统的信息输入44

4.1.1数字电压信息的感知45

4.1.2模拟电压信息的感知52

4.2Arduino单片机系统的命令输出58

4.2.1数字电压形式的命令59

4.2.2模拟电压形式的命令62

4.3自测实验——简易温度感知装置64

第5章应用实验68

5.1Arduino与声音68

5.1.1蜂鸣器发出不同的音调69

5.1.2蜂鸣器演奏音乐71

5.1.3Arduino演奏音乐拓展实验73

5.2Arduino与显示77

5.2.1一位数码管77

5.2.2多位数码管83

5.2.38×8的LED点阵89

5.2.4液晶显示屏LCD105

5.2.5Arduino与显示的拓展实验110

5.3Arduino与电动机113

5.3.1电磁继电器控制直流电动机的转与停113

5.3.2继电器控制直流电动机的正反转与停117

5.3.3H桥驱动芯片用于电动机调速119

5.3.4舵机124

5.3.5单极步进电动机126

5.3.6双极步进电动机132

5.4Arduino与遥控135

5.4.1红外遥控原理135

5.4.2无线遥控（PT2272接收模块）137

5.4.3无线遥控（NRF24L01模块）141

5.4.4无线遥控（航模遥控模块）145

5.5Arduino的外部中断149

5.6Arduino的定时中断153

第6章创新实例155

6.1数码管骰子155

6.2简易电子琴158

6.3反应时间检测器160

6.4贪吃蛇小游戏165

6.5点阵对抗小游戏174

6.6简化版Flappy bird点阵小游戏184

6.7深呼吸练习小助手189

6.8自动汉堡机控制系统194

6.9双人对战版“别踩白块儿”小游戏203

6.10本章结束语212

本书旨在帮助零基础的中学生了解和学习Arduino单片机控制技术，并灵活应用这些技术开发出自己设计的项目。本书内容来源于高中生的课堂，在高中生的课堂实践了4年多，并在实践中逐渐修改完善。

本书有两个重点。第一个重点是书中第4章的基础实验，其中每个实验都有硬件连接、软件编程和实验现象三部分内容，这些实验的设计能够让学生了解和灵活应用单片机的输入和输出功能。第二个重点是书中第5章的一系列应用实验，丰富的单片机应用实例有助于读者学习电子控制技术。这些应用实验经过梳理，分为单片机控制发声装置、单片机控制显示装置、单片机控制电动机、单片机与遥控4个系列实验。

在实践中作者发现中学生的基础并不一致，有基础非常薄弱的学生，也有基础非常扎实的学生，因此作者在书稿的头尾分别增加了部分章节。增加了书中第2章常用电子元器件、常用工具、识读和绘制电路图等内容；第3章Arduino基础知识，以便基础薄弱的同学可以先学习基础知识再进行单片机基础实验的学习。有电子制作经历的同学则可以跳过该内容，选学感兴趣的部分，并且在此基础上进行创新，做出有创意的作品，这就是增加的第6章中创意实验的内容。这些创意实验的项目都是高中生在课堂上或课外做的原创项目，希望这些项目可以给感兴趣的读者一些启发。

在书稿应用于课堂的过程中，感谢各位领导给予的实践机会！感谢我的导师李作林老师的肯定和大力支持！感谢同学们指出的错误！

感谢第6章创意实验的原创作者们！他们是2014级高二学生蓝天放，2015级高二学生于宸锴、沈诣博，2016级高二学生王瑞康、许益冰、麦天承、魏彤、杜星苒、王晨冰、董翰元、荆泽宇，2017级高二学生王天泽、葛昱骢、孔语兮、朱梓同、吴垒。

感谢我的先生张胜飞主动分担了带孩子的任务，以及我的公公对家庭生活的照顾，我的父母和家人对我的理解才能使我在2018年的大年三十晚上还能安心在实验室修改和验证书稿内容。

感谢所有给我帮助的同事和朋友们！

更要感谢全国教育科学规划教育部重点课题“基于STEAM理念的中学项目式教学研究”的支持！

书中的电路图和电气标识符使用的是立创EDA画的，有的符号与最新国标不太一致。

由于时间和能力有限，书中难免存在不足之处，请各位读者和专家给予指正。