單片機三劍客：ESP32單片機與Python語言編程

目錄前言第1 章　ESP32 單片機與編程軟件入門 11.1　概述 11.1.1　ESP32 芯片、模組與開發(fā)板 11.1.2　芯片型號含義 11.1.3　主要特性 21.1.4　應用領域 21.2　ESP32 單片機開發(fā)板介紹 31.2.1　開發(fā)板的組成 31.2.2　開發(fā)板的電路及說明 31.2.3　ESP32 模組的引腳功能 51.3　單片機編程軟件的獲取、安裝與使用 61.3.1　Thonny 軟件的獲取與安裝 71.3.2　程序文件的創(chuàng)建與保存 91.3.3　軟件的設置 101.4　單片機閃爍點亮LED 的開發(fā)實例 111.4.1　單片機閃爍點亮LED 的電路 111.4.2　編寫閃爍點亮LED 的程序 111.4.3　USB-TTL 下載器與驅動程序的安裝 121.4.4　用USB-TTL 下載器連接計算機與單片機 141.4.5　選擇通信端口與查看單片機中的程序 151.4.6　程序的在線運行與下載 161.5　單片機固件包的獲取與燒錄 171.5.1　從網(wǎng)站下載固件包到計算機 181.5.2　燒錄固件包到單片機 18第2 章　Python 語言入門 212.1　Python 語言基礎 222.1.1　注釋與代碼縮進 222.1.2　關鍵字與標識符 232.1.3　變量和數(shù)據(jù)類型 232.1.4　運算符 262.2　序列、列表、元組、字典和集合 292.2.1　序列 292.2.2　列表(list) 312.2.3　元組(tuple) 362.2.4　字典(dict) 382.2.5　集合(set) 402.3　控制語句 432.3.1　if else 語句(選擇控制) 432.3.2　while 語句(循環(huán)控制) 462.3.3　for 語句(循環(huán)控制) 472.3.4　break 語句與continue 語句 492.4　函數(shù) 502.4.1　定義函數(shù)(創(chuàng)建函數(shù)) 502.4.2　函數(shù)的調用 512.4.3　函數(shù)的嵌套 512.4.4　lambda 表達式(匿名函數(shù)) 512.4.5　全局變量與局部變量 522.4.6　函數(shù)的參數(shù) 532.4.7　print 函數(shù)介紹 542.5　類與對象 552.5.1　類的定義格式 562.5.2　創(chuàng)建僅含類屬性的類與類的實例化 562.5.3　創(chuàng)建含類屬性和類方法的類與類的實例化 562.5.4　創(chuàng)建類時使用_ _init_ _ 函數(shù)傳送屬性值 572.5.5　類變量與實例變量的訪問 572.5.6　類屬性與方法的禁止訪問 582.5.7　父類與子類的使用 592.6　模塊與包 602.6.1　模塊的兩種導入方式 602.6.2　創(chuàng)建模塊并導入使用 602.6.3　查看模塊的信息 612.6.4　math 數(shù)學函數(shù)模塊介紹 622.6.5　包的創(chuàng)建與使用 63第3 章　LED、數(shù)碼管和RGB 全彩燈電路及編程實例 663.1　LED 電路及編程實例 663.1.1　LED(發(fā)光二極管) 介紹 663.1.2　單片機連接8 個LED 的電路 683.1.3　點亮一個LED 的程序及說明 683.1.4　Pin(引腳) 類及內部函數(shù)說明 693.1.5　閃爍點亮一個LED 的程序及說明 713.1.6　time(時間) 模塊內部函數(shù)說明 713.1.7　LED 流水燈程序及說明 753.2　LED 數(shù)碼管電路及編程實例 753.2.1　一位LED 數(shù)碼管 753.2.2　多位LED 數(shù)碼管 783.2.3　單片機使用TM1637 芯片驅動4 位LED 數(shù)碼管的電路 793.2.4　TM1637 模塊的類與函數(shù)說明 813.2.5　4 位LED 數(shù)碼管實現(xiàn)秒計時的程序及說明 823.3　全彩LED 燈的電路及編程實例 833.3.1　WS2812B 型全彩LED 燈介紹 833.3.2　單片機連接5 個WS2812B 型全彩LED 燈的電路 843.3.3　三基色混色法與顏色的R、G、B 數(shù)值 843.3.4　NeoPixel 類及方法說明 863.3.5　RGB 全彩LED 燈的程序及說明 87第4 章　 按按按按鍵輸入與蜂鳴器、繼電器電路及編程實例 894.1　按鍵輸入電路及編程實例 894.1.1　按鍵開關的抖動及解決方法 894.1.2　4 個按鍵控制4 個LED 亮滅的單片機電路 904.1.3　4 個按鍵控制4 個LED 亮滅的程序及說明 914.2　蜂鳴器電路及編程實例 924.2.1　蜂鳴器介紹 924.2.2　單片機驅動蜂鳴器的電路 944.2.3　有源蜂鳴器和無源蜂鳴器發(fā)聲控制的程序及說明 944.3　繼電器電路及編程實例 964.3.1　繼電器介紹 964.3.2　單片機繼電器的電路 984.3.3　單片機控制繼電器電路的程序及說明 98第5 章　 直流電動機、步進電動機與舵機驅動電路及編程實例 1005.1　直流電動機的驅動電路及編程實例 1005.1.1　直流電動機介紹 1005.1.2　單片機使用ULN2003 芯片驅動直流電動機的電路 1025.1.3　按鍵控制直流電動機起停和定時運行的程序及說明 1035.2　步進電動機的驅動電路及編程實例 1035.2.1　步進電動機基本結構與工作原理 1035.2.2　一種五線四相步進電動機介紹 1075.2.3　按鍵控制單片機驅動步進電動機的電路 1085.2.4　按鍵控制步進電動機轉向和加減速的程序及說明 1085.3　舵機的電路及編程實例 1105.3.1　舵機的外形、結構與工作原理 1105.3.2　SG90 型舵機介紹 1125.3.3　Servo 類與函數(shù) 1125.3.4　按鍵控制單片機驅動舵機旋轉指定角度的電路 1125.3.5　舵機自動和手動控制旋轉指定角度的程序及說明 113第6 章　中斷、定時器與PWM 功能的使用及編程實例 1156.1　中斷的使用及編程實例 1156.1.1　中斷與中斷處理函數(shù) 1156.1.2　按鍵中斷輸入控制LED 的電路 1166.1.3　按鍵中斷輸入控制LED 的程序及說明 1166.2　定時器的使用及編程實例 1176.2.1　定時器的類與函數(shù) 1176.2.2　定時器中斷方式控制LED 的電路 1186.2.3　定時器中斷方式控制LED 的程序及說明 1186.3　PWM(脈寬調制) 輸出功能的使用及編程實例 1206.3.1　PWM 基本原理 1206.3.2　PWM 的類與函數(shù) 1216.3.3　PWM 輸出控制兩個LED 的電路 1226.3.4　PWM 控制一個LED 呼吸燈和一個LED 快慢閃爍燈的程序及說明 123第7 章　ADC 與聲/ 光/ 熱/ 火/ 雨/ 煙傳感器的使用及編程實例 1257.1　ADC(模數(shù)轉換器) 的使用及編程實例 1257.1.1　ADC 的類與函數(shù) 1257.1.2　單片機檢測輸入電壓并用4 位數(shù)碼管顯示電壓值的電路 1267.1.3　單片機檢測輸入電壓并用數(shù)碼管顯示電壓值的程序及說明 1267.2　聲音傳感器模塊的使用與編程實例 1297.2.1　聲音傳感器模塊介紹 1297.2.2　單片機連接聲音傳感器模塊、LED 和4 位數(shù)碼管的電路 1317.2.3　聲音傳感器模塊檢測聲音、數(shù)碼管顯示音量值及控制LED 的程序及說明 1317.3　光敏傳感器模塊的使用與編程實例 1337.3.1　光敏傳感器模塊介紹 1337.3.2　單片機連接光敏傳感器模塊、數(shù)碼管和LED 的電路 1347.3.3　光敏傳感器模塊檢測光亮度、數(shù)碼管顯示亮度值及控制LED 的程序及說明 1357.4　熱敏傳感器模塊的使用與編程實例 1367.4.1　熱敏傳感器模塊介紹 1367.4.2　單片機連接熱敏傳感器模塊、數(shù)碼管和蜂鳴器的電路 1377.4.3　 熱敏傳感器檢測冷熱度、數(shù)碼管顯示冷熱度值及控制蜂鳴器的程序及說明 1387.5　火焰?zhèn)鞲衅髂K的使用與編程實例 1397.5.1　火焰?zhèn)鞲衅髂K介紹 1397.5.2　單片機連接火焰?zhèn)鞲衅髂K、數(shù)碼管和蜂鳴器的電路 1407.5.3　檢測火焰強度、數(shù)碼管顯示強度值及控制蜂鳴器的程序及說明 1417.6　雨滴傳感器模塊的使用與編程實例 1437.6.1　雨滴傳感器模塊介紹 1437.6.2　單片機連接雨滴傳感器模塊、數(shù)碼管和蜂鳴器的電路 1447.6.3　 雨滴傳感器模塊檢測雨量、數(shù)碼管顯示雨量值及控制蜂鳴器的程序及說明 1457.7　煙霧傳感器模塊的使用與編程實例 .1467.7.1　煙霧傳感器模塊介紹 1467.7.2　單片機連接煙霧傳感器模塊、數(shù)碼管和蜂鳴器的電路 1487.7.3　 煙霧傳感器模塊檢測煙霧濃度、數(shù)碼管顯示煙霧濃度值及控制蜂鳴器的程序及說明 149第8 章　常用傳感器模塊的使用及編程實例 1518.1　傾斜傳感器模塊的使用與編程實例 1518.1.1　傾斜傳感器模塊介紹 1518.1.2　單片機連接傾斜傳感器模塊和LED 的電路 1528.1.3　傾斜傳感器模塊檢測傾斜控制LED 的程序及說明 1538.2　振動傳感器模塊的使用與編程實例 1538.2.1　振動傳感器模塊介紹 1538.2.2　單片機連接振動傳感器模塊和LED 的電路 1548.2.3　振動傳感器模塊檢測振動控制LED 的程序及說明 1558.3　干簧管傳感器模塊的使用與編程實例 1568.3.1　干簧管與干簧管傳感器模塊 1568.3.2　單片機連接干簧管傳感器模塊和LED 的電路 1578.3.3　干簧管傳感器模塊檢測磁場控制LED 的程序及說明 1588.4　U 型(對射型) 光電傳感器模塊的使用與編程實例 1588.4.1　U 型光電傳感器模塊介紹 1588.4.2　單片機連接U 型光電傳感器模塊和LED 的電路 1598.4.3　U 型光電傳感器模塊檢測不透明物控制LED 的程序及說明 1598.5　反射型光電傳感器模塊的使用與編程實例 1618.5.1　反射型光電傳感器模塊介紹 1618.5.2　單片機連接反射型光電傳感器模塊和LED 的電路 1618.5.3　反射型光電傳感器模塊檢測物體控制LED 的程序及說明 1638.6　觸摸開關模塊的使用與編程實例 1638.6.1　觸摸開關模塊介紹 1638.6.2　單片機連接觸摸開關模塊和LED 的電路 1658.6.3　觸摸開關中斷輸入控制LED 的程序及說明 1658.7　霍爾傳感器模塊的使用與編程實例 1668.7.1　霍爾效應與霍爾傳感器 1668.7.2　霍爾傳感器模塊介紹 1688.7.3　單片機連接霍爾傳感器模塊、4 位數(shù)碼管和LED 的電路 1698.7.4　霍爾傳感器檢測電動機轉速、數(shù)碼管顯示轉速值和控制LED 的程序及說明 1698.8　人體熱釋電傳感器模塊的使用與編程實例 1718.8.1　人體熱釋電傳感器與菲涅爾透鏡 1718.8.2　HC-SR501 型人體熱釋電傳感器模塊介紹 1738.8.3　單片機連接人體熱釋電傳感器模塊和蜂鳴器的電路 1758.8.4　熱釋電傳感器檢測人體移動控制蜂鳴器的程序及說明 1768.9　旋轉編碼器模塊的使用與編程實例 1768.9.1　旋轉編碼器模塊介紹 1768.9.2　單片機連接旋轉編碼器模塊、數(shù)碼管和LED 的電路 1788.9.3　 旋轉編碼器檢測轉角/ 轉向/ 轉速、數(shù)碼管顯示轉角值和LED指示轉向的程序及說明 179第9 章　超聲波傳感器與紅外線遙控的使用及編程實例 1819.1　超聲波傳感器的使用及編程實例 1819.1.1　HC-SR04 超聲波傳感器介紹 1819.1.2　HCSR04 的類與函數(shù) 1829.1.3　HC-SR04 超聲波傳感器測量距離控制LED 和蜂鳴器的單片機電路 1839.1.4　超聲波傳感器測量顯示距離值并控制LED 和蜂鳴器的程序及說明 1849.2　紅外線遙控的使用及編程實例 1859.2.1　紅外線與可見光 1859.2.2　紅外線發(fā)射器與紅外線發(fā)光二極管 1869.2.3　紅外線光電二極管與紅外線接收器 1889.2.4　紅外遙控的編碼方式 1899.2.5　紅外線遙控控制LED 和繼電器的單片機電路 1919.2.6　紅外線遙控控制LED 并顯示按鍵控制碼的程序及說明 192第10 章　串行通信(UART)與實時時鐘(RTC)的使用及編程實例 19410.1　串行通信知識與通信函數(shù) 19410.1.1　串行通信基礎知識 19410.1.2　串行通信的類與函數(shù) 19710.2　單片機與計算機串行通信的電路與編程實例 19910.2.1　單片機與計算機串口通信的電路 19910.2.2　單片機與計算機串口通信收發(fā)數(shù)據(jù)的程序及說明 20010.2.3　用串口調試助手測試與單片機收發(fā)數(shù)據(jù)的程序 20010.2.4　用串口接收的數(shù)據(jù)控制單片機LED 的程序及說明 20210.3　內部實時時鐘(RTC) 的使用及編程實例 20410.3.1　RTC 的類與函數(shù) 20410.3.2　內部RTC 控制LED 的電路 20510.3.3　內部RTC 控制指定日期時間點亮和熄滅LED 的程序及說明 20510.4　外部實時時鐘DS1302 的使用及編程實例 20610.4.1　DS1302 實時時鐘芯片介紹 20610.4.2　DS1302 的類與函數(shù) 20710.4.3　DS1302 實時時鐘芯片控制LED 的電路 20810.4.4　使用DS1302 控制指定日期時間點亮和熄滅LED 的程序及說明 209第11 章　 單總線通信與溫濕度傳感器的使用及編程實例 21111.1　單總線通信與DS18B20 溫度傳感器的使用及編程實例 21111.1.1　單總線通信的類與函數(shù) 21111.1.2　DS18B20 溫度傳感器介紹 21211.1.3　DS18B20 的類與函數(shù) 21311.1.4　DS18B20 檢測溫度控制LED 和電動機的電路 21311.1.5　DS18B20 檢測溫度控制LED 和電動機的程序及說明 21411.2　DHT11 溫濕度傳感器的使用及編程實例 21511.2.1　DHT11 溫濕度傳感器介紹 21511.2.2　DHT11 的類與函數(shù) 21611.2.3　DHT11 檢測溫濕度并控制LED、電動機和繼電器的電路 21711.2.4　DHT11 檢測溫濕度并控制LED、電動機和繼電器的程序及說明 218第12 章　I2C 通信控制OLED 屏與PS2 搖桿的使用及編程實例 22012.1　I2C 總線與操作函數(shù) 22012.1.1 I2C 總線介紹 22012.1.2 I2C 的類與函數(shù) 22212.2　OLED 顯示屏與SSD1306 顯示驅動芯片 22512.2.1 OLED 的結構與工作原理 22512.2.2 SSD1306 驅動OLED 顯示屏 22512.2.3 SSD1306 的類與函數(shù) 22612.3　I2C 總線通信控制OLED 屏顯示圖形與字符 22712.3.1 單片機以I2C 總線方式連接OLED 顯示屏的電路 22712.3.2 I2C 總線控制OLED 屏顯示圖形、字符、LED 狀態(tài)和秒計時的程序及說明 22812.4　PS2 搖桿的使用與編程實例 22912.4.1 PS2 搖桿模塊介紹 22912.4.2 單片機連接PS2 搖桿模塊和4 個LED 的電路 23012.4.3 PS2 搖桿模塊控制4 個LED 的程序及說明 231第13 章 SPI 通信與SD 卡/RFID 卡的讀寫編程實例 23413.1　SPI 總線通信與SD 卡 23413.1.1 SPI 總線介紹 23413.1.2 SPI 的類與函數(shù) 23513.1.3 SD 卡介紹 23613.1.4 SD 的類與函數(shù) 23813.2　SPI 總線通信讀寫SD 卡的電路及編程實例 23813.2.1 單片機使用SPI 總線連接SD 卡的電路 23813.2.2 SD 卡的格式化、創(chuàng)建文件夾和文件 23813.2.3 通過SPI 總線讀寫SD 卡并顯示讀取內容的程序及說明 24113.3　RFID 卡讀寫模塊的使用及編程實例 24213.3.1 RFID 卡讀寫模塊(讀寫器) 介紹 24213.3.2 單片機連接RFID 卡讀寫模塊和LED 的電路 24513.3.3 通過SPI 控制讀寫模塊讀寫RFID 卡和控制LED 的程序及說明 245第14 章 單片機連接WiFi 網(wǎng)絡與計算機進行通信 24814.1　單片機WiFi 方式連接無線網(wǎng)絡 24814.1.1 WiFi 組網(wǎng)方式 24814.1.2 IP 地址 24914.1.3 WLAN 的類與函數(shù) 25114.1.4 單片機以WiFi 方式連接無線網(wǎng)絡的電路 25314.1.5 單片機以WiFi 方式連接無線網(wǎng)絡的程序及說明 25314.2　單片機使用OLED 屏顯示連接的WiFi 網(wǎng)絡名稱和IP 信息 25514.2.1 單片機連接OLED 屏顯示W(wǎng)iFi 網(wǎng)絡信息的電路 25514.2.2 單片機連接WiFi 網(wǎng)絡并用OLED 顯示網(wǎng)絡信息的程序及說明 25514.3　單片機以WiFi 方式與計算機進行通信 25714.3.1 單片機、路由器與其他設備組建通信網(wǎng)絡 25714.3.2 socket 類與函數(shù) 25814.3.3 單片機以WiFi 方式與計算機通信的電路 25914.3.4 單片機以WiFi 方式與計算機進行通信的程序及說明 26014.3.5 單片機與計算機進行通信的程序調試 26314.3.6 接收數(shù)據(jù)后自動保存到指定文件 26414.3.7 單片機以WiFi 方式接收數(shù)據(jù)控制LED 264第15 章　用瀏覽器網(wǎng)頁控制和監(jiān)視單片機 26715.1　用瀏覽器網(wǎng)頁控制單片機LED 26715.1.1 用瀏覽器控制單片機LED 的電路和網(wǎng)頁 26715.1.2 用瀏覽器網(wǎng)頁控制單片機LED 的程序及說明 26815.1.3 程序的運行調試 26815.1.4 HTML 語言簡介 27215.1.5 用瀏覽器網(wǎng)頁控制單片機兩個LED 的程序及說明 27315.2　用瀏覽器網(wǎng)頁控制單片機LED 并監(jiān)視DHT11 傳感器的溫濕度值 27515.2.1 用網(wǎng)頁控制單片機LED 并監(jiān)視DHT11 溫濕度值的電路及頁面 27515.2.2 用網(wǎng)頁控制單片機LED 并監(jiān)視DHT11 溫濕度值的程序及說明 27515.2.3 程序的運行調試 275第16 章　基于MQTT 協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)(IoT) 通信 28016.1　MQTT 通信原理與MQTTClient 類及函數(shù) 28016.1.1 MQTT 協(xié)議通信原理 28016.1.2 MQTTClient 類與函數(shù) 28116.2　單片機用作MQTT 物聯(lián)網(wǎng)通信客戶端的電路與編程實例 28216.2.1 單片機用作MQTT 發(fā)布方和訂閱方的電路 28216.2.2 單片機用作MQTT 客戶端的程序及說明 28316.2.3 用通信貓調試MQTT 客戶端(發(fā)布方和訂閱方) 的程序 286