科學鬼才：PICAXE單片機技術應用（簡體書）

作者：（美國）哈克特（Ron Hackett） 譯者：魏昀赟 孫象然

哈克特（Ron Hackett），他在教育學和心理學領域具有超過30年的研究經驗，他曾經教過高中和大學的數學、心理學及計算機科學等課程，并且還對需要在課堂上使用微型計算機的教師進行在職課程教育。他已經在《Nuts and Volts》和《SERVO》雜志上發表了多篇關于PICAXE的文章，他設計的“Brain—Alpha”電路板使用在受人歡迎的SERVOTankBot機器人上。為了幫助讀者了解PICAXE的信息和部件，Ron建立了一個網站（www.JRHackett.net），致力于宣傳PICAXE單片機的強大功能。當Ron不用坐在地下工作室里用Octavius涂涂寫寫的時候，他喜歡在后院的廚房里做燒烤。最近，他正在進行基于PICAXE的陶瓷燒制器的溫度控制器的研究。

《科學鬼才:PICAXE單片機技術應用》包含的特點是你可以在設計和應用中融入自己的創意和想法；簡化了實驗步驟，列出實驗所有需要的元件以及獲得方式。還講述了PICAXE單片機近年來受到世界各地越來越多人的關注和追捧，基于PICAXE單片機的各式各樣的應用也因此而誕生，而未來它也將有更大的發展。這本富有創新性的PICAXE單片機指南，將告訴你如何設計、構建以及調試各式各樣的PICAXE單片機應用。《科學鬼才:PICAXE單片機技術應用》將帶你從編程和I／O接口設計開始，逐步指導你開發一個主處理器電路，并且最終實現基于Octavius智能機器人實驗平臺。《科學鬼才:PICAXE單片機技術應用》層層遞進、由淺入深、條理清晰。

第一部分 PICAXE基礎知識
第1章 PICAXE開發與應用概述
PICAXE處理器的選擇
如何與Mac 或PC連接
RevEd的開發軟件Programming Editor和AXEpad的使用
PICAXE BASIC編程語言
面包板，萬能電路板，印制電路板
應用1 “Hello World”
PICAXE項目的調試
第2章 萬能電路板電路介紹
設計萬能電路板電路
制作萬能板電路用到的工具
應用2 USBS-PA3 PICAXE程序下載適配器
第3章 制作一個+5V穩壓電源
為面包板電路設計+5V穩壓電源
應用3 更多的電量，Scotty！
第4章 PICAXE M2系列處理器的硬件綜述
通用變量
存儲變量
專用變量
應用4 Cylon Eye（克隆眼）
第5章 PICAXE的輸入輸出接口
PICAXE的I/O接口
設置中斷
應用5 Mary
第6章 M2處理器的ADC輸入端口簡介
分壓器
應用6 三態數字邏輯探頭
第二部分 PICAXE外部應用
第7章 PICAXE-20X2處理器簡介
20X2處理器的先進特性
應用7 搭建20X2主處理器電路
第8章 電視機遙控器的紅外信號
標準電視機紅外信號的接收與發射
基于紅外信號的串行通信
基于紅外信號的物體檢測
實驗1：簡單的電視機紅外信號輸入電路
實驗2：連接IR電路與主處理器
應用8 電視機紅外信號輸入模塊
第9章 并行接口LCD
基于HD44780 LCD的基礎知識
實驗1：基于HD44780的并行接口LCD的連接
應用9 制作8位并行接口16×2 LCD模塊
第10章 并行接口LCD的串行化
在后臺接收串行數據
應用10 制作串行化的16×2 LCD模塊
第11章 鍵盤接口
矩陣鍵盤譯碼
實驗1：矩陣鍵盤連接
實驗2：鍵值譯碼
應用11 制作串行4×4矩陣鍵盤
第12章 SPI接口
應用12 制作SPI 4位數碼管電路
第13章 20X2處理器的后臺時鐘
使用20X2處理器的Timer1
拆解矩陣鍵盤
測試改進的鍵盤
應用13 制作倒數定時器
第14章 制作一個可編程的多功能外圍設備
應用14 Evil Genius多功能外圍設備
第15章 為Evil Genius MPD設計程序
理解20X2內置硬件比較器
測試比較器1的配置
“我們中斷程序來讓您按鍵”
應用15 簡單的MPD操作系統
第三部分 Octavius：先進的機器人實驗平臺
第16章 Octavius的誕生
理解Octaivus
應用16 搭建Octavius
第17章 驅動Octavius
H橋型電機控制電路
L298雙H橋直流電機驅動器
應用17 制作L298雙H橋直流電機控制器電路
第18章 為Octavius編程
MaxBotix LV-MaxSonar超聲波距離探測器
實驗1：測試MaxSonar-EZ0傳感器
實驗2：加一個4位數碼管顯示屏
如何控制？
應用18 向Octavius致敬！
結束語 Octavius接下來會發生什么？

實現數字輸出
當你在使用PICAXE處理器輸出功能時，都要牢記下面非常重要的一點。在這本書的第二部分，我們將設計實現幾個應用，它們會用到多個PICAXE處理器。在這些應用當中，經常會使用一個處理器的輸出引腳接到另一個處理器的輸入引腳。如果那個輸入引腳恰巧是一個雙向端口，那么，它很可能會意外地被重新配置為輸出引腳。如果發生了這種情況，并且將兩個引腳直接相連，就很容易產生下面這樣的情況：一個處理器的輸出引腳為高電平，與它連接的另一個處理器的輸出為低電平。顯然，這種情況下會導致短路，并可能損壞一個或兩個處理器。為了避免這種潛在的錯誤，任何處理器的I／O連接時，都要加入限流電阻，這是一個保護處理器的好方法。通常阻流電阻阻值為1kΩ，能夠將電流限制在5mA以下。
實現數字輸入
數字輸入通常分為兩個大類。第一類，一個處理器的輸入引腳可以接到第二個處理器的輸出引腳（或其他電子器件），來實現兩個設備之間的連通。在這種情況下，有兩個重要的方面需要考慮：過電流保護（正如我們剛剛討論過的）和過電壓保護（我們即將會討論到的）。當一個輸入引腳的輸入電壓超過處理器的供電電壓時，就有可能會損壞輸入引腳和處理器。當然，如果兩個PICAXE處理器是由同一電源供電的，就不存在這個問題了。本書中的應用都屬于這一類情況，我們也不用擔心這點。不過，如果你選擇接到PICAXE輸入引腳的電壓高于+5V（或任意負電壓），你就需要某些電平轉換電路，避免對PICAXE輸入引腳造成不必要的損害。
第二種輸入設備是簡單的輸入開關，將它包含在電路中，可以使用戶能夠同電路進行一些交互。從電子產品的角度來看，這種類型的開關容易連接。然而，從機械的角度來看，輸入開關對于這種基于面包板電路的應用存在兩個問題。一些輸入開關的引腳間距不是0.1英寸（2.54mm）的倍數，即使是，開關的引腳也經常不夠長（或不夠細）很難插到面包板上去。幸運的是，上述這兩個問題都可以通過使用萬能電路板電路來克服。在我們研究輸入開關接口的細節之前，需要先為I／O實驗制作一個開關適配器。
搭建一個超級簡單的開關電路
這個小型電路的制作其實非常簡單！我們要為瞬時按鈕開關制作一個微小的面包板適配器。圖中的開關元件是從我收集的一堆雜物里找到的，因此它尺寸和那個舊開關的大小相同。根據你手頭上現有的開關，將電路板版圖修改成合適的大小，這應該不難完成。
圖所示為電路板的頂視圖，因為這個電路中沒有走線需要被切斷，所以我們并不需要上下兩面的視圖。請注意，電路版圖中所有的走線都是黑色的，而不是通常的灰色。這是因為我們要將電路板上下顛倒——我們在制作和使用適配器的時候，萬能電路板上的走線是在電路板的頂部的。
按鈕開關適配器所需的元件很少，具體清單如下：一小塊萬能電路板，兩個3針的排針（反裝或常規長度），一個瞬時按鈕開關。組裝的過程與我們之前的萬能板電路有所不同。正如我之前提到的，我們將組裝并使用這個“顛倒”的電路板——它的走線將會在成品板的頂部。下面是我在制作電路板時的操作說明，你可能會需要進行適當修改，以適應你的開關尺寸：
1 準備的一塊5×6大小（包含5行走線，每行走線有6個過孔）的萬能電路板。
2 把兩組3針的排針長端插入面包板（適當的間隔）。翻轉萬能電路板，把它按照如布局中顯示的那樣固定在短針腳上并焊接好引腳。
3 從面包板上取下萬能電路板，并盡可能地貼著萬能板剪掉多余長度的短針腳。
4 打磨剪斷的針腳，為了使按鈕開關可以安在走線焊接點的上面。
5 將排針重新插入面包板，從萬能板上面插入按鈕開關（走線的一面）如圖中所示。（由于開關不同，你可能需要稍微彎曲針腳使它們能夠插入過孔。）將針腳焊接在走線上。（小心不要融化了塑料開關。）
6 清除電路板上多余的焊錫并晾干。
7 仔細檢查電路板是否焊接完成和其他可能出現的問題。
如圖所示是一個完成的開關適配器的實物照片，為了測試已安裝在了面包板上。照片中左邊的第二個開關是控制電源的滑動開關，就是我們在之前內容中自制的那個供電電源。為了讓這個項目更有意思，我給它也做了一個適配器（它甚至比按鈕適配器還要簡單，你也可以來嘗試一下）。安裝按鈕開關（照片中我按下的那個），要能使它的兩個3針排針跨過面包板的中線。當按下時，開關運行如下：無論哪一組排針中的一端引腳接入信號，這兩組的其他幾端的引腳也會連接到該信號。圖中，+5V電壓施加到上面那組排針的右端引腳，所以，當按鈕開關按下時，兩個LED均接通電源。