内容简介
《创客电子:电子制作DIY指南(图文版)》附带详细电路原理图、元器件全彩插图、步骤指导,让读者可以轻松学会如何连接或拆卸日常电子设备。同时本书还教你如何控制传感器、加速器、遥控器、超声波测距仪、发动机、音响组合、话筒以及FM发射器。《创客电子:电子制作DIY指南(图文版)》最后一章还包含了如何找到免费或者便宜的电子元器件和软件平台的实用信息。
《创客电子:电子制作DIY指南(图文版)》适合从事电子、电气、通信等行业的工程师、学生,特别适合电子DIY发烧友。
作者简介
Simon Monk获得了控制论和计算机科学学位以及软件工程博士学位。他做了多年的学术研究之后,合作成立了Monote Ltd移动软件公司。在青少年时期,Simon Monk就是一位活跃的电子爱好者,他现在是一位电子爱好者和开源硬件方面的全职作家。他出版过许多开源硬件平台方面的书籍,尤其是Arduino和Raspberry Pi开发板方面的书籍。他与Paul Scherz合作完成了《Practical Electronics for Inventors,3rd edition》一书。
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目录
目 录
第1章 入门指南/准备开始 1
1.1 购买东西 1
1.1.1 购买电子元器件 1
1.1.2 购物指南 2
1.1.3 基本工具 2
1.2 如何剥线 4
你需要 4
1.3 如何通过扭线来连接导线 6
你需要 6
1.4 如何通过焊接来连接导线 7
1.4.1 焊接安全 7
1.4.2 你需要 8
1.4.3 焊接 8
1.4.4 焊接导线 9
1.5 如何测试连接 10
你需要 10
1.6 如何制作一台计算机风扇来驱散焊接烟雾 11
1.6.1 你需要 11
1.6.2 电路搭建 11
小结 14
第2章 理论与实践 15
2.1 如何收集一个电子元器件入门套装 15
你需要 15
2.2 如何识别电子元器件 16
2.2.1 电阻 16
2.2.2 电容 18
2.2.3 二极管 19
2.2.4 LED 19
2.2.5 三极管 19
2.2.6 集成电路 20
2.2.7 其他元器件 20
2.2.8 表面贴装元器件 20
2.3 什么是电流、电阻和电压? 21
2.3.1 电流 21
2.3.2 电阻 21
2.3.3 电压 22
2.3.4 欧姆定律 22
2.4 什么是功率? 23
2.5 如何阅读电路原理图 24
2.5.1 电路原理图的第一个规则:正电压置上 24
2.5.2 电路原理图的第二个规则:从左到右 25
2.5.3 名称与数值 25
2.5.4 元器件符号 25
小结 26
第3章 基础电路设计与制作 27
3.1 如何让一个电阻发热 27
3.1.1 你需要 27
3.1.2 试验 27
3.2 如何使用电阻来分压 28
你需要 28
3.3 如何将电阻转换成电压?(并制作一个测光计) 30
你需要 31
3.4 制作一个感光按键灯 32
3.4.1 你需要 33
3.4.2 面包板 34
3.4.3 电路搭建 35
3.5 如何选择双极型晶体管 38
3.5.1 电子元器件的技术参数表(datasheet) 38
3.5.2 场效应管(MOSFET) 39
3.5.3 PNP与N沟道三极管 40
3.5.4 常见三极管 40
3.6 如何使用功率MOSFET来控制一个电动机 41
3.6.1 你需要 41
3.6.2 面包板 41
3.7 如何选择合适的开关 42
3.7.1 按键开关 43
3.7.2 微动开关 43
3.7.3 拨动开关 44
小结 45
第4章 LED 47
4.1 如何避免LED报废 47
4.1.1 你需要 47
4.1.2 二极管 48
4.1.3 LED 48
4.1.4 电路搭建 49
4.2 如何选择合适的LED 50
4.2.1 你需要 51
4.2.2 亮度与角度 51
4.2.3 彩色发光二极管 51
4.2.4 IR(红外线)和UV(紫外线)LED 52
4.2.5 照明LED 53
4.3 如何使用LM317来搭建一个恒流源 53
4.3.1 你需要 54
4.3.2 电路设计 54
4.3.3 面包板 55
4.3.4 电路搭建 56
4.4 如何计算一个LED的正向偏置电压 57
你需要 58
4.5 如何驱动数量众多的LED 58
4.6 如何制作LED闪烁灯 59
4.6.1 你需要 59
4.6.2 面包板 59
4.7 如何使用铜箔面包板 60
4.7.1 设计铜箔面包板布线图 61
4.7.2 你需要 63
4.7.3 电路搭建 63
4.7.4 故障检修 66
4.8 如何使用一个激光二极管模块 66
4.9 制作一个轨道赛车 67
4.9.1 你需要 67
4.9.2 用电容来储存电荷 67
4.9.3 设计 68
4.9.4 电路搭建 69
4.9.5 测试 69
小结 70
第5章 电池与电源 71
5.1 选择正确的电池 71
5.1.1 电池容量 71
5.1.2 最大放电率 72
5.1.3 一次性电池 72
5.1.4 组装一个电池组 73
5.1.5 选择合适的电池 73
5.1.6 可充电电池 74
5.2 为电池充电(综述) 75
5.2.1 C(电池容量) 76
5.2.2 过量充电 76
5.2.3 过量放电 76
5.2.4 电池生命周期 76
5.3 如何为一个NiMH镍氢电池充电 77
5.3.1 便捷充电 77
5.3.2 快速充电 78
5.4 如何为一个密封铅酸蓄电池充电 78
使用一个可变电源来充电 78
5.5 如何为一个LiPo电池充电 79
5.6 为一个手机电池充电 80
5.7 使用电池来控制电压 81
5.7.1 你需要 82
5.7.2 面包板 83
5.8 升压 83
5.9 计算一块电池能够持续的时间 84
5.10 如何设计备用电池 85
5.10.1 二极管 85
5.10.2 涓流充电 86
5.11 如何使用太阳能电池 87
5.11.1 测试一个太阳能电板 87
5.11.2 使用太阳能电板涓流充电 88
5.11.3 最小化电源功耗 89
小结 90
第6章 使用Arduino开发板 91
6.1 如何设置Arduino开发板(使一个LED灯闪烁) 92
6.1.1 你需要 92
6.1.2 设置Arduino 92
6.1.3 调整闪烁代码 95
6.2 如何使用Arduino开发板控制一个继电器 97
6.2.1 继电器 97
6.2.2 Arduino输出 97
6.2.3 电路搭建 99
6.2.4 软件 99
6.3 如何制作一个能被Arduino开发板控制的玩具 100
6.3.1 你需要 100
6.3.2 电路搭建 101
6.3.3 Serial Monitor 102
6.3.4 软件 102
6.4 如何使用一个Arduino开发板测量电压 103
6.4.1 你需要 104
6.4.2 电路搭建 104
6.5 如何使用Arduino开发板来控制一个LED灯 105
6.5.1 你需要 106
6.5.2 电路搭建 106
6.5.3 软件(闪烁功能) 106
6.5.4 软件(亮度) 108
6.6 如何使用Arduino开发板播放声音 108
6.6.1 你需要 109
6.6.2 电路搭建 109
6.6.3 软件 110
6.7 如何使用Arduino开发板外围功能扩展板 111
6.8 如何使用网页来控制一个继电器 112
6.8.1 你需要 113
6.8.2 电路搭建 113
6.8.3 网络配置 113
6.8.4 测试 115
6.8.5 程序 115
6.9 如何在Arduino上使用字母数字LCD外围功能扩展板 119
6.9.1 你需要 120
6.9.2 电路搭建 120
6.9.3 软件 120
6.10 如何使用Arduino开发板驱动一个伺服电动机 121
6.10.1 你需要 122
6.10.2 电路搭建 122
6.10.3 软件 123
6.11 如何CharliePlex LED 124
6.11.1 你需要 125
6.11.2 电路搭建 125
6.11.3 软件 126
6.12 如何自动输入密码 127
6.12.1 你需要 128
6.12.2 电路搭建 128
6.12.3 软件 128
小结 129
第7章 使用功能模块来进行电子制作 131
7.1 如何使用一个PIR运动传感器模块 131
7.1.1 你需要(PIR和LED) 131
7.1.2 面包板 132
7.1.3 你需要(PIR和Arduino) 132
7.1.4 电路搭建 133
7.1.5 软件 133
7.2 如何使用超声波测距仪模块 134
7.2.1 你需要 135
7.2.2 HC-SR04测距仪 135
7.2.3 MaxBotix LV-EZ1型声波测距仪 137
7.3 如何使用一个无线遥控模块 139
7.3.1 你需要 139
7.3.2 面包板 140
7.4 如何在Arduino开发板上使用一个无线遥控模块 141
7.4.1 你需要 141
7.4.2 软件 141
7.5 如何使用一个功率场效应晶体管来控制电动机速度 142
7.5.1 你需要 143
7.5.2 软件 145
7.6 如何使用H桥模块来控制直流电动机 145
7.6.1 你需要 147
7.6.2 面包板 148
7.6.3 使用控制管脚 149
7.7 如何使用H桥电路控制一个步进电动机 149
7.7.1 你需要 151
7.7.2 电路搭建 151
7.7.3 软件 152
7.8 如何制作一个简单的“漫步者”机器人 154
7.8.1 你需要 154
7.8.2 电路搭建 155
7.8.3 测试 157
7.8.4 软件 157
7.9 如何使用一个七段码LED显示屏模块 159
7.9.1 你需要 160
7.9.2 电路搭建 160
7.9.3 软件 162
7.10 如何使用一个实时时钟模块 162
7.10.1 你需要 163
7.10.2 电路搭建 164
7.10.3 软件 165
小结 166
第8章 使用传感器进行电子制作 167
8.1 如何检测有害气体 167
8.1.1 你需要 167
8.1.2 LM311比较器 168
8.1.3 面包板 169
8.1.4 在Arduino开发板上使用气体传感器 170
8.2 如何检测某物体的颜色 171
8.2.1 你需要 172
8.2.2 电路搭建 172
8.2.3 软件 173
8.3 如何检测震动 174
8.3.1 你需要 175
8.3.2 电路搭建 175
8.3.3 软件 175
8.4 如何测量温度 177
8.4.1 你需要 177
8.4.2 电路搭建 177
8.4.3 软件 177
8.5 如何使用一个加速计 178
8.5.1 你需要 179
8.5.2 电路搭建 180
8.5.3 软件 181
8.6 如何感应磁场 182
8.6.1 你需要 183
8.6.2 电路搭建 183
8.6.3 软件 183
小结 184
第9章 制作音频 185
9.1 制作音频导线 185
9.1.1 基本原理 186
9.1.2 焊接音频接线端子 186
9.1.3 将立体声信号转化为单声道信号 187
9.2 如何使用一个话筒模块 189
9.3 如何制作一个调频窃听器 191
9.3.1 你需要 191
9.3.2 电路搭建 191
9.3.3 测试 193
9.4 选择扬声器 193
9.5 如何制作一个1 W的音频放大器 194
9.5.1 你需要 195
9.5.2 电路搭建 195
9.5.3 测试 196
9.6 如何使用一个555定时器产生声音 196
9.6.1 你需要 197
9.6.2 电路搭建 198
9.7 如何制作一个USB音乐控制器 198
9.7.1 你需要 199
9.7.2 电路搭建 199
9.7.3 软件 199
9.8 如何制作一个软件音量单位计 200
9.8.1 你需要 201
9.8.2 电路搭建 201
9.8.3 软件 201
小结 202
第10章 电子元器件的拆卸与修复 203
10.1 如何避免触电 203
10.2 如何拆解并且重新组装电子元器件 204
10.3 如何检查一个保险丝 205
10.4 如何测试一个电池 206
10.5 如何测试一个加热单元 207
10.6 查找并替换损坏的元器件 207
10.6.1 测试元器件 207
10.6.2 去焊 208
10.6.3 元器件替换 208
10.7 如何回收有用元器件 209
10.8 如何再利用手机电源适配器 210
小结 210
第11章 工具 211
11.1 如何使用万用表(综述) 211
11.1.1 “通路测试”与二极管测试 211
11.1.2 电阻挡位 212
11.1.3 电容挡位 212
11.1.4 温度挡位 213
11.1.5 AC交流电压挡位 213
11.1.6 DC直流电压挡位 214
11.1.7 DC直流电流挡位 214
11.1.8 AC交流电流挡位 215
11.1.9 频率挡位 215
11.2 如何使用万用表来测试三极管 216
11.3 如何使用实验室电源 217
11.4 简介:示波器 217
11.5 软件工具 218
11.5.1 仿真 218
11.5.2 Fritzing 218
11.5.3 EAGLE PCB 219
11.5.4 在线计算器 220
小结 220
附录部分 221
工具 221
电子元器件 222
电子元器件的新手套装 222
电阻 222
电容 222
半导体 223
硬件及其他 223
功能模块 224
前言/序言
创客电子:电子制作DIY指南(图文版) 开启你的电子探索之旅,将创意化为现实! 你是否曾对精巧的电子元件着迷?是否渴望亲手搭建出属于自己的智能小装置?《创客电子:电子制作DIY指南(图文版)》正是为你量身打造的起点,它将带领你走进一个充满无限可能的电子世界,让你从零开始,一步步掌握电子制作的奥秘,将脑海中的奇思妙想变成触手可及的实体作品。 本书并非冰冷的理论堆砌,而是一本充满温度的实践手册。我们深知,对于许多电子初学者而言,枯燥的公式和抽象的概念往往是巨大的障碍。因此,《创客电子》选择了一条更直观、更有趣的学习路径:理论与实践并重,文字与图解同行。每一项知识点的讲解都辅以大量的清晰、生动的图示,让你在阅读的同时,仿佛置身于一个真实的电子制作工作室。我们将复杂的电子原理拆解成易于理解的组成部分,通过循序渐进的讲解,让你在不知不觉中构建起扎实的电子基础。 本书的核心价值在于,它将“DIY”的精神贯穿始终。 我们鼓励你动手,鼓励你思考,鼓励你用自己的双手去创造。从最基础的电子元器件认知,到复杂的电路搭建,再到最终的程序编写与调试,本书都提供了详尽的指导。你将学会如何识别电阻、电容、三极管等基本元件的特性,了解它们在电路中的作用;你将掌握烙铁的使用技巧,学会规范的焊接方法,确保电路连接的牢固与可靠;你还会接触到微控制器(如Arduino)的神奇世界,学习如何通过编程赋予你的作品“生命”。 《创客电子》并非一本局限于单一方向的指南,它的内容涵盖了电子制作的多个重要领域,旨在为你打开更广阔的视野。 一、 电子元器件的探索与应用: 在学习任何复杂的电子项目之前,理解基础的电子元器件是至关重要的。本书将详细介绍各类常用电子元器件,包括: 电阻: 学习其基本原理、不同类型的电阻(贴片电阻、插件电阻、功率电阻等)、如何识别阻值和功率,以及在电路中限制电流的作用。 电容: 了解其存储电荷的能力,区分不同种类的电容(陶瓷电容、电解电容、钽电容等),掌握其在滤波、耦合、耦合等方面的应用。 二极管: 认识其单向导电性,学习稳压二极管、发光二极管(LED)等特殊二极管的原理和应用,例如LED的亮度控制和颜色选择。 三极管与场效应管: 深入理解它们的放大和开关特性,学习如何用它们来驱动大功率器件,构建简单的放大电路和开关电路。 集成电路(IC): 介绍常见的集成电路,如运算放大器、定时器(如555定时器)、逻辑门等,以及它们如何实现更复杂的功能。 传感器: 探索各种传感器的工作原理和应用,例如光敏电阻、温敏电阻、霍尔传感器、超声波传感器等,让你能够感知外部环境的变化。 执行器: 学习如何控制直流电机、步进电机、舵机、继电器等,让你的作品能够执行物理动作。 二、 电路基础与焊接工艺: 掌握电路图的阅读和理解是电子制作的关键一步。本书将引导你: 认识电路符号: 学习标准的电子元器件符号,能够清晰地阅读和绘制电路原理图。 理解基本电路: 讲解串联电路、并联电路、混联电路的特点和计算方法,以及它们在实际制作中的应用。 学习焊接技巧: 提供详细的焊接步骤和注意事项,从烙铁的选择、焊锡丝的类型,到如何进行优质的焊接,确保电路的稳定可靠。我们将指导你进行原型板焊接、PCB板焊接,甚至教授一些避免虚焊、假焊的技巧。 元器件的保护: 讲解如何正确安装和保护敏感的电子元器件,避免静电或其他因素造成的损坏。 三、 微控制器与编程入门: 微控制器是现代电子制作的核心,它们赋予了电子设备“智慧”。本书将重点介绍: Arduino入门: 以流行的Arduino平台为例,详细介绍其硬件结构、开发环境的搭建和使用。你将学习如何连接Arduino到电脑,如何上传代码。 基础编程概念: 讲解C/C++语言的基础语法,包括变量、数据类型、运算符、控制结构(if/else, for, while)、函数等,让你能够编写简单的程序。 数字与模拟读写: 学习如何通过Arduino读取数字和模拟信号,以及如何输出数字和模拟信号,从而控制LED、读取传感器值、驱动电机等。 串口通信: 了解如何使用串口通信在Arduino和电脑之间进行数据交换,方便调试和交互。 四、 经典电子制作项目实践: 理论学习最终要回归实践。《创客电子》提供了大量循序渐进的DIY项目,从入门级到进阶级,让你在实践中巩固所学知识。每一个项目都配有: 项目目标清晰阐述: 让你了解最终要制作出什么样的作品。 所需元器件清单: 详细列出项目所需的全部元器件,方便提前准备。 详细的电路图和接线图: 配备高清晰度的图示,指导你如何正确连接元器件。 完整的代码示例: 提供可直接运行的代码,并进行详细的注释和讲解,帮助你理解代码逻辑。 制作过程中的关键步骤指导: 分解复杂的制作过程,让你能够一步步完成。 项目拓展与创新建议: 在完成基础项目后,鼓励你进行个性化修改和功能拓展,激发你的创造力。 本书涵盖的项目类型极其丰富,例如: 简单的LED闪烁器: 学习数字输出和延时函数。 光控灯: 利用光敏电阻和继电器,实现天黑自动开灯。 温湿度监测器: 连接温湿度传感器,并通过LED或LCD显示屏输出数据。 简易音乐盒: 通过蜂鸣器和按键,演奏简单的旋律。 自动浇水系统: 结合土壤湿度传感器和水泵,实现自动浇水。 避障小车: 利用超声波传感器和电机驱动,制作能够自主避开障碍物的机器人底盘。 远程控制小风扇: 通过蓝牙或Wi-Fi模块,实现手机APP控制。 RGB LED灯效控制器: 学习如何通过PWM输出控制LED的颜色和亮度。 五、 故障排除与调试技巧: 在电子制作过程中,遇到问题是常态,掌握有效的故障排除方法至关重要。本书将教会你: 如何系统地检查电路连接: 避免低级错误。 使用万用表测量电压、电流和电阻: 诊断电路问题。 代码调试技巧: 如何通过串口打印、逻辑分析等方式找到程序中的bug。 常见故障的分析与解决: 例如元件烧毁、焊接不良、程序逻辑错误等。 《创客电子:电子制作DIY指南(图文版)》不仅仅是一本书,更是一个社区的邀请。 我们希望通过本书,点燃你内心深处对科学和创造的热情,让你体验到从无到有、从构想到实现的巨大成就感。无论你是学生、爱好者,还是希望拓展技能的从业者,本书都将为你提供一个坚实的基础和丰富的实践平台。 本书的“图文版”特点,让你在阅读过程中能够更直观地理解每一个细节。 精心绘制的电路图、清晰的元器件实物图、详细的焊接步骤图,以及丰富的功能演示图,将伴随你的学习旅程,让枯燥的文字变得生动起来。我们相信,通过这本书,你不仅能够掌握电子制作的基本技能,更能培养出解决问题的能力、逻辑思维能力和创新精神。 立即翻开《创客电子:电子制作DIY指南(图文版)》,开启你的创客之旅,用双手创造属于你的精彩!