Elektor ESP32 Programming Micro Controllers User Manual

ESP32 Programming Micro Controllers

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Технические характеристики

• Product Name: Programming Microcontrollers in C/C++ Using
  Ардуино
• Author: Clemens Valens
• Supported Platforms: Arduino UNO, Raspberry Pi Pico, ESP32
• ISBN: 978-3-89576-720-3 (Print), 978-3-89576-721-0 (eBook)

Инструкции по применению продукта

1. Введение

This book provides guidance on programming microcontrollers in
C/C++ using Arduino. It includes examples for Arduino UNO,
Raspberry Pi Pico, and ESP32.

2. Начало работы

To begin using this book effectively, ensure you have the
necessary hardware such as the mentioned microcontroller
доски.

3. Этапы программирования

1. Read through the relevant sections for the microcontroller
   platform you are working with.
2. Следуйте предоставленному примеруamples and code snippets to practice
   programming in C/C++.
3. Experiment with different projects and challenges to enhance
   your skills.

4. Поиск Неисправностей

If you encounter any issues or errors while programming, refer
back to the examples and ensure correctness in your code.

Часто задаваемые вопросы

Q: Can this book be used by beginners in programming?

A: Yes, this book caters to beginners and provides step-by-step
examples for easy understanding.

Q: Are there specific hardware requirements to follow along
с бывшимampлес?

A: You will need the mentioned microcontroller boards such as
Arduino UNO, Raspberry Pi Pico, or ESP32 to practice the
exampлес.

Q: Is there online support available for additional
руководство?

A: For additional support or clarifications, you can visit the
publisher’s website or community forums related to Arduino and
microcontroller programming.

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Программирование

programemmbinegdsdeerdies

Microcontrollers in

C/C++ Using Arduino

With Examples for Arduino UNO, Raspberry Pi Pico and ESP32

Clemens Valens
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Programming Microcontrollers in C/C++ Using Arduino
With Examples for Arduino UNO, Raspberry Pi Pico and ESP32

By Clemens Valens

Это издание Электора. Elektor — медиабренд
Elektor International Media BV PO Box 11, NL-6114-ZG Susteren, Нидерланды Телефон: +31 46 4389444
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Декларация
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ISBN 978-3-89576-720-3 Печатный ISBN 978-3-89576-721-0 Электронная книга
© Авторские права 2026 Elektor International Media
www.elektor.com Editor: Clemens Valens Prepress Production: D-Vision, Julian van den Berg Printers: Ipskamp, Энсхеде, Нидерланды
Elektor — ведущий мировой источник важной технической информации и электронных продуктов для профессиональных инженеров, разработчиков электроники и компаний, стремящихся привлечь их. Каждый день наша международная команда разрабатывает и предоставляет высококачественный контент, посвящённый проектированию электроники и её самостоятельному изготовлению, на различных языках, используя различные медиаканалы (включая журналы, видео, цифровые медиа и социальные сети). www.elektormagazine.com
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Содержание
Содержание
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Chapter 1 · The Arduino IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Надview of the Arduino IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Installing and Launching the IDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Using the Boards Manager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Upload Programs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Using the Library Manager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Using the Serial Monitor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Using the Serial Plotter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Platform Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Best Practices for Using the Arduino IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Chapter 2 · Brief Introduction to C/C++ Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Variables and Constants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Control Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Hello-World Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Chapter 3 · Writing and Running Your First Arduino Program . . . . . . . . . . . . . . . . 20 The Arduino IDE Workflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Creating Your First Arduino Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Uploading the Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Running the Program on Different Target Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Testing Serial Communication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Chapter 4 · Working with Digital Signals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 What Are Digital Signals? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Configuring Digital Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Controlling an LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Reading a Pushbutton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
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Programming Microcontrollers in C/C++ Using Arduino
Pushbutton-Controlled LED Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Platform Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Chapter 5 · Working with Analog Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 What Are Analog Signals? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Measuring Analog Signals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Measuring a Voltage and Displaying It on the Serial Port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Generating Analog(-like) Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Controlling LED Brightness with PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Controlling LED Brightness with a Potentiometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Using True Analog Output (DAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Chapter 5 · Working with the Serial Port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 What Is Serial Communication? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Baud Rate and Data Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Opening a Serial Connection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Serial.print() vs Serial.println() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Sending Numbers and Text. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Receiving Data Over Serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Controlling an LED via Serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Platform Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Common Pitfalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Chapter 6 · Working with I²C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 What Is I²C? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Master and Slave Devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Pull-Up Resistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 I²C Pins on Common Boards. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Using I²C in Arduino (Wire Library) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Scanning the I²C Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Writing Data to an I²C Device. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Reading Data from an I²C Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6

Содержание
Logic Levels and Level Shifting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Repeated Start Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 I²C OLED ­ Hello, Display! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Platform Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Common Pitfalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Chapter 7 · Working with SPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 What Is SPI? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 SPI vs I²C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 SPI Pins on Common Boards. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Using SPI in Arduino (SPI Library). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 SPI Modes and Timing (CPOL/CPHA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Selecting a Slave Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Transferring Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Using SPI Transactions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Comparing Serial, I²C and SPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Platform Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Logic Levels and Electrical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Common Pitfalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Chapter 8 · Working with Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Why Time Matters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Blocking Delays with delay() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Measuring Time with millis() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Rollover and Unsigned Arithmetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Measuring Short Intervals with micros() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Hardware Timers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Choosing the Right Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Chapter 9 · Working with Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 What Is an Interrupt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Polling vs Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Programming Microcontrollers in C/C++ Using Arduino
Rules for Writing ISRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 External Interrupts (GPIO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Debouncing Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Sharing Data Between ISR and loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Platform Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Timer Interrupts as Periodic Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Common Pitfalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Chapter 10 · Interacting with the Real World . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Transducers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Key Sensor Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Interfacing Sensors with Microcontrollers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Examples of Common Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Best Practices for Sensor Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Safety and Power Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Chapter 11 · Example Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Basic Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Machine Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Alarms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Robotics & Servo Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Automotive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Home Automation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
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Документы/Ресурсы

Elektor ESP32 Programming Micro Controllers [pdf] Руководство пользователя ESP32 Programming Micro Controllers, ESP32, Programming Micro Controllers, Micro Controllers, Controllers

Ссылки

• Руководство пользователя