智能硬件項目教程 — 基於 ESP32

本書通過項目學習（PBL）的方式講述基於ESP32 for Arduino的編程基礎知識。本書講述了ESP32 for Arduino的基本函數;結合硬件講述了數組及位操作，按鍵消抖；UART基本知識，庫函數和經典藍牙的應用；I2C、SPI的基本原理,庫函數的使用;網絡及HTML基礎知識，以STA和softAP模式建立WiFi連接，創建Web服務器，並實現遠程訪問；步進電機的基礎知識及梯形加減速運動控制；PID基礎知識，並利用碼盤實現小車運動的控制。

第1章初識ESP321
1.1ESP32簡介1
1.2ESP32 芯片基本性能及外設2
1.3ESP32 WROOM模組的電氣特性2
1.4基於ESP32 WROOM模組的開發板2
1.5ESP32 for Arduino軟件開發環境安裝3
1.6ESP32開發板驅動安裝6
1.7學習平台搭設6
1.8Hello World!6
1.9ESP32引腳說明8
1.10ESP32KPCB專用開發板9
1.11普通開發板使用 9
1.12ESP32 數字信號讀/寫操作10
1.12.1ESP32數字信號操作函數10
1.12.2數字信號讀/寫示例10
1.13ESP32模擬信號讀/寫操作12
1.13.1模擬信號輸入函數12
1.13.2模擬信號輸入示例13
1.13.3模擬信號輸出函數——基於LEDC14
1.13.4模擬信號輸出函數示例——基於LEDC16
1.13.5模擬信號輸出函數——基於DAC17
1.14電容觸摸傳感器17
1.15電容觸摸傳感器示例18
1.16霍爾傳感器20
1.17霍爾傳感器示例20
1.18外部中斷21
1.18.1中斷程序21
1.18.2中斷觸發模式22
1.18.3中斷觸發函數22
1.18.4外部中斷示例（一）——按鍵計數顯示23
1.18.5外部中斷示例（二）——入侵檢測儀25
1.19Serial.printf函數26
1.20思考題28

第2章數碼管計時器29
2.1項目一：一位數碼管原理及數字顯示29
2.1.1一位數碼管工作原理29
2.1.2一位數碼管數字顯示30
2.2項目二：通過數組實現一位數碼管數字顯示32
2.2.1一維數組的定義和初始化33
2.2.2二維數組的定義和初始化33
2.2.3通過數組實現一位數碼管顯示34
2.3項目三：74HC595移位寄存器芯片36
2.3.174HC595移位寄存器芯片36
2.3.274HC595一位數碼管模塊37
2.3.3通過按鍵控制74HC595一位數碼管模塊38
2.4項目四：通過編程控制74HC595一位數碼管模塊40
2.5項目五：數碼管計時器44
2.5.14位數碼管工作原理44
2.5.2雙74HC595移位寄存器芯片級聯模塊工作原理45
2.5.3步驟一：4位數碼管的單數顯示46
2.5.4步驟二：按鍵消抖50
2.5.5步驟三：按鍵計時器53
2.6思考題56

第3章點陣動畫57
3.1項目一：8×8點陣的顯示57
3.1.18×8點陣工作原理57
3.1.2測試8×8點陣58
3.2項目二：流水燈示例59
3.3項目三：點陣顯示圖像63
3.3.1視覺暫留63
3.3.2顯示圖像示例63
3.4項目四：點陣動畫效果65
3.5項目五：點陣數顯計時器68
3.6思考題72

第4章串行通信——UART73
4.1UART基礎知識73
4.1.1UART定義73
4.1.2波特率74
4.1.3起始位、停止位及校驗位74
4.1.4ASCII碼75
4.1.5ESP32的UART端口76
4.2項目一：UART數據發送77
4.3項目二：UART數據接收78
4.4項目三：設置時間80
4.4.1報文設定80
4.4.2字符串解析——Arduino String libray81
4.4.3接收數據流程82
4.4.4其他接收函數85
4.5項目四：請輸入密碼86
4.5.1EEPROM簡介86
4.5.2EEPROM庫86
4.5.3設置初始密碼87
4.5.4修改密碼88
4.6項目四：藍牙控制90
4.6.1藍牙90
4.6.2BluetoothSerial庫91
4.6.3手機控制92
4.7思考題95

第5章串行通信——I2C和SPI96
5.1I2C基礎知識96
5.1.1I2C基本原理96
5.1.2I2C主設備、從設備及引腳97
5.1.3I2C庫及庫函數97
5.2項目一：MPU6050姿態傳感器99
5.2.1MEMS簡介99
5.2.2MPU6050姿態傳感器簡介99
5.2.3姿態角100
5.2.4MPU6050姿態傳感器內部的寄存器101
5.2.5MPU6050姿態傳感器數據讀/寫102
5.2.6示例一：通過I2C類庫命令讀/寫MPU6050姿態傳感器的量程102
5.2.7示例二：通過I2C類庫命令讀取MPU6050姿態傳感器的原始數據106
5.2.8示例三：通過專用庫讀取MPU6050姿態傳感器的姿態數據109
5.3項目二：SSD1306 OLED顯示屏111
5.3.1SSD1306 OLED顯示屏簡介111
5.3.2SSD1306 OLED顯示屏庫功能112
5.3.3示例一：文字顯示112
5.3.4示例二：顯示漢字113
5.3.5示例三：控制台輸出117
5.3.6示例四：屏幕菜單118
5.4項目三：平衡遊戲機120
5.5SPI基礎知識120
5.5.1SPI簡介120
5.5.2ESP32 SPI接口及引腳121
5.5.3SPI類庫及庫函數122
5.6項目四：SPI庫成員函數驅動雙74HC595移位寄存器123
5.7思考題125

第6章WiFi聯網和Web服務器126
6.1網絡基礎知識和Web服務器126
6.1.1互聯網絡和TCP/IP協議126
6.1.2IP地址127
6.1.3端口號128
6.1.4客戶端服務器模式129
6.1.5協議129
6.1.6ESP32 Web服務器130
6.1.7URL和域名、IP之間的關係130
6.1.8ESP32 WiFi工作模式131
6.1.9ESP32 WiFi類庫及成員函數132
6.2HTML基礎135
6.2.1HTML文檔編輯工具——Sublime Text軟件的下載安裝135
6.2.2編寫個HTML文檔135
6.2.3HTML文檔基本結構138
6.2.4HTML標籤139
6.2.5CSS簡介139
6.3項目一：Web服務器控制輸出141
6.3.1項目任務141
6.3.2任務分析141
6.3.3步驟一：電路搭設142
6.3.4步驟二：設定AP模式，建立WiFi連接142
6.3.5步驟三：創建Web服務器144
6.3.6步驟四：編寫應用程序，控制LED燈148
6.4項目二：Web服務器讀入數據151
6.4.1項目任務152
6.4.2步驟一：電路搭設152
6.4.3步驟二：設定STA模式，連接到WiFi153
6.4.4步驟三：創建Web服務器154
6.4.5步驟四：編寫應用程序，讀取並發送模塊信息154
6.5思考題157

第7章步進電機158
7.1步進電機及其控制器的基礎知識158
7.1.1步進電機158
7.1.2步進電機的工作原理159
7.1.3步進電機的動態特性161
7.1.4步進電機的特點162
7.1.5步進電機的控制162
7.1.624BJY48永磁式步進電機163
7.2項目一：程序控制步進電機轉動164
7.3項目二：AccelStepper步進電機庫應用——恆速轉動168
7.4項目三：AccelStepper步進電機庫應用——梯形加減速轉動170
7.5項目四：AccelStepper步進電機庫應用——串口控制172
7.6項目五：AccelStepper步進電機庫應用——多步進電機同步控制173
7.7思考題174

第8章藍牙迷宮智能小車175
8.1PID控制器簡介175
8.2項目一：小車動起來177
8.2.1主控板電機驅動177
8.2.2按鍵調速小車179
8.3項目二：碼盤數據讀取182
8.3.1碼盤及碼盤光電模塊182
8.3.2車輪旋轉圈數計算182
8.4項目三：通過碼盤控制小車直線行走184
8.5項目四：通過碼盤控制小車按指定形狀行走186
8.6項目五：藍牙迷宮小車188
8.6.1iTEAD APP安裝188
8.6.2iTEAD APP操控模式189
8.6.3iTEAD APP調試模式189
8.7思考題191

參考文獻192