,Contents at a Glance
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Book 1: Getting Started with Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
CHAPTER 1: Welcome to Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
CHAPTER 2: Understanding Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
CHAPTER 3: Creating Your Mad-Scientist Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
CHAPTER 4: Staying Safe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
CHAPTER 5: Reading Schematic Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
CHAPTER 6: Building Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
CHAPTER 7: The Secrets of Successful Soldering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
CHAPTER 8: Measuring Circuits with a Multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
CHAPTER 9: Catching Waves with an Oscilloscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Book 2: Working with Basic Electronic Components . . . . . . 161
CHAPTER 1: Working with Basic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
CHAPTER 2: Working with Resistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
CHAPTER 3: Working with Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
CHAPTER 4: Working with Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
CHAPTER 5: Working with Diodes and LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
CHAPTER 6: Working with Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Book 3: Working with Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
CHAPTER 1: Introducing Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
CHAPTER 2: The Fabulous 555 Timer Chip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
CHAPTER 3: Working with Op-Amps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
Book 4: Beyond Direct Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
CHAPTER 1: Getting into Alternating Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
CHAPTER 2: Building Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
CHAPTER 3: Understanding Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
CHAPTER 4: Working with Infrared . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
Book 5: Doing Digital Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
CHAPTER 1: Understanding Digital Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
CHAPTER 2: Getting Logical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
CHAPTER 3: Working with Logic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
CHAPTER 4: Working with Flip-Flops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
CHAPTER 5: Introducing Microcontrollers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
,Book 6: Working with Arduino Microprocessors . . . . . . . . . . . 597
CHAPTER 1: Introducing Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
CHAPTER 2: Creating Arduino Sketches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
CHAPTER 3: More Arduino Programming Tricks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
CHAPTER 4: An Arduino Proximity Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
CHAPTER 5: Adding Sound and Motion to Your Arduino Projects . . . . . . . . . . . . . . . 681
CHAPTER 6: Keypads and Keyboards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711
Book 7: Working with Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
CHAPTER 1: Introducing Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737
CHAPTER 2: Programming in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759
CHAPTER 3: Reading Digital and Analog Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791
Book 8: Special Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813
CHAPTER 1: Building a Color Organ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815
CHAPTER 2: Animating Holiday Lights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827
CHAPTER 3: Building an Animatronic Prop Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 851
CHAPTER 4: Re-Creating a Retro Science-Fiction Robot Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893
, Table of Contents
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
About This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Foolish Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Icons Used in This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Beyond the Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Where to Go from Here . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
BOOK 1: GETTING STARTED WITH ELECTRONICS . . . . . . . . . . . 7
CHAPTER 1: Welcome to Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
What Is Electricity? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
But Really, What Is Electricity? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
What Is Electronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
What Can You Do with Electronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Making noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Making light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Transmitting to the world . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Looking inside Electronic Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
CHAPTER 2: Understanding Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Pondering the Wonder of Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Looking for Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Peering Inside Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
Examining the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Minding Your Charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Conductors and Insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Understanding Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Understanding Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
Comparing Direct and Alternating Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
Understanding Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
CHAPTER 3: Creating Your Mad-Scientist Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Setting Up Your Mad-Scientist Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
Equipping Your Mad-Scientist Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Basic hand tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Magnifying glasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Third hands and hobby vises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Soldering iron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
Multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Solderless breadboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Table of Contents v
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Book 1: Getting Started with Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
CHAPTER 1: Welcome to Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
CHAPTER 2: Understanding Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
CHAPTER 3: Creating Your Mad-Scientist Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
CHAPTER 4: Staying Safe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
CHAPTER 5: Reading Schematic Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
CHAPTER 6: Building Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
CHAPTER 7: The Secrets of Successful Soldering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
CHAPTER 8: Measuring Circuits with a Multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
CHAPTER 9: Catching Waves with an Oscilloscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Book 2: Working with Basic Electronic Components . . . . . . 161
CHAPTER 1: Working with Basic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
CHAPTER 2: Working with Resistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
CHAPTER 3: Working with Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
CHAPTER 4: Working with Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
CHAPTER 5: Working with Diodes and LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
CHAPTER 6: Working with Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Book 3: Working with Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
CHAPTER 1: Introducing Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
CHAPTER 2: The Fabulous 555 Timer Chip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
CHAPTER 3: Working with Op-Amps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
Book 4: Beyond Direct Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
CHAPTER 1: Getting into Alternating Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
CHAPTER 2: Building Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
CHAPTER 3: Understanding Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
CHAPTER 4: Working with Infrared . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
Book 5: Doing Digital Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
CHAPTER 1: Understanding Digital Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
CHAPTER 2: Getting Logical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
CHAPTER 3: Working with Logic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
CHAPTER 4: Working with Flip-Flops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
CHAPTER 5: Introducing Microcontrollers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
,Book 6: Working with Arduino Microprocessors . . . . . . . . . . . 597
CHAPTER 1: Introducing Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
CHAPTER 2: Creating Arduino Sketches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
CHAPTER 3: More Arduino Programming Tricks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
CHAPTER 4: An Arduino Proximity Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
CHAPTER 5: Adding Sound and Motion to Your Arduino Projects . . . . . . . . . . . . . . . 681
CHAPTER 6: Keypads and Keyboards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711
Book 7: Working with Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
CHAPTER 1: Introducing Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737
CHAPTER 2: Programming in Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759
CHAPTER 3: Reading Digital and Analog Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791
Book 8: Special Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813
CHAPTER 1: Building a Color Organ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815
CHAPTER 2: Animating Holiday Lights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827
CHAPTER 3: Building an Animatronic Prop Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 851
CHAPTER 4: Re-Creating a Retro Science-Fiction Robot Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893
, Table of Contents
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
About This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Foolish Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Icons Used in This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Beyond the Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Where to Go from Here . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
BOOK 1: GETTING STARTED WITH ELECTRONICS . . . . . . . . . . . 7
CHAPTER 1: Welcome to Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
What Is Electricity? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
But Really, What Is Electricity? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
What Is Electronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
What Can You Do with Electronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Making noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Making light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Transmitting to the world . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Looking inside Electronic Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
CHAPTER 2: Understanding Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Pondering the Wonder of Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Looking for Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Peering Inside Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
Examining the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Minding Your Charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Conductors and Insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Understanding Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Understanding Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
Comparing Direct and Alternating Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
Understanding Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
CHAPTER 3: Creating Your Mad-Scientist Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Setting Up Your Mad-Scientist Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
Equipping Your Mad-Scientist Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Basic hand tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Magnifying glasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Third hands and hobby vises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Soldering iron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
Multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Solderless breadboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Table of Contents v
