电子创新设计实验系统开发【字数：12097】
随着人工智能技术的蓬勃发展，“加快创新人才培养模式”成为了深化教育改革的重点内容之一。电子信息作为社会信息化建设的技术支撑与物质基础，其创新设计的重要性不可忽视。本文首先从电子电路知识角度，对多个不同的模块电路功能进行了详细阐述，如电位器模块、语音模块、寻迹模块、LED交通灯模块等，这其中涉及了数字信号，模拟信号知识点以及元器件使用时的基本注意点。然后运用Protel DXP软件对接下来实验开发所需的电路模块进行原理图绘画和PCB板的布局。接着结合相应电路模块功能，运用Mixly软件实现Arduino-C语言和图形编程，完成如下三个实验系统开发1.灯光师模块，包括流水灯、呼吸灯、自助式交通灯、SOS呼救灯；2.小机器人模块，拥有测距、语音功能；3.红外遥控门锁、风扇模块。
目 录
1.绪论 1
1.1选题的背景 1
1.2Arduino UNO主控板功能简介 1
1.3Protel DXP软件概述 2
1.4Mixly图形与ArduinoC语言编程设计理念 4
1.5本文的主要工作和内容安排 4
2.电路硬件模块绘制 6
2.1电路原理图及封装库的绘制 6
2.2封装库的绘制 7
2.3PCB板布局 8
2.4电路模块展示 9
3.灯光师 20
3.1 炫彩流水灯 20
3.2呼吸灯 23
3.2.1电位器控制led灯 23
3.2.2呼吸灯 25
3.3自助式交通灯 27
3.3.1按键点亮led灯 27
3.3.2自助式交通灯 30
3.4SOS呼救灯 35
4.测距机器人 37
4.1“世界那么大，我想去看看” 37
4.2超声波测距 39
4.3语音雷达测距 41
5.红外遥控 43
5.1红外控制led亮灭 43
5.2遥控门锁 45
5.3遥控风扇 47
6.总结 49
参考文献 50
致谢 51
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.绪论
1.1选题的背景
科学技术是第一生产力，电子通信技术作为信息产业核心技术，与人们的日常生活已密不可分，广泛应用于各行各业。目前，我国很多企业的电子通信技术是购买国外产权。作为市场经济中不可或缺的行业，保证其创新速度跟紧时代步伐至关重要。由于电子信息产业的蓬勃发展，社会对科技创新人才的要求越来越高。实验创新教学是教育行业目前的一个崭新命题。“加快创新人才培养模式”成为了深化教育改革的重点内容之一。传统的实验课依附于去验证某个原理，不论是重复教师的课堂演示，还是根据教材中的步骤操作，对于学生而言，只不过是进行模仿，缺乏新思维的开发。固定的思维模式片面地强调了共性发展，忽视了个性的重要性，从而使学生缺乏自学能力、创新精神。电子创新设计实验系统开发很好地将理论与实践巧妙结合，培养创新意识，积极鼓励学生参加各类课外科技活动以及科技竞赛。
1.2Arduino UNO主控板功能简介
Arduino作为全球最流行的开源硬件，源于意大利的伊夫雷亚。目前市面上使用最广泛的Arduino UNO主控板采用的是Atmel公司生产的ATmega328PPU处理器。该处理器芯片集成了数量巨大的晶体管，引脚与芯片通过极细的导线连接，采用28引脚双列直插形式的封装。如下图所示，在这块处理器上有14个数字输入/输出端口，6个模拟输入端口，6个PWM输出端口，2个外部中断。可通过三种方式对电源供电：a.通过复位按钮下的USB接口，提供主控板5V工作电压。b.通过Vin引脚或者DC电源接口，将7到12V电源稳压至5V工作电压，提供给UNO主控板。C.通过5V引脚和GND供给主控板5V电压。UNO主控板允许多个电源的同时连接。当电源切换电路时，最高可用电压电源被选择接入稳压器。
0(D0)至13(D13)引脚为数字引脚，功能为数字信号的输入与输出功能。加有“波浪线”的引脚还具有PWM功能。
除上述功能外，在D0上有RX标识，功能为串口接收；在D1上有TX标识，功能为串口发送。
AREF为模拟输入参考电压的输入引脚。
SDA/SCL为串行通信TWI(T^2C)通信引脚，分别与模拟引脚的A4/A5相连。
A0至A5为模拟输入引脚，也可作为数字引脚，相对应标号为D14至D19。
Vin为外部电源输入引脚，输入电压为7至12V。
GND为接地引脚，主控板上接地引脚是相连互通的。
RESET为重启引脚，当GND(即输入为低电平)与RESET相连时，主控板重新启动。
IOREF为与5V相连的输入/输出端口电压参考引脚，功能是将主控板上的运行电压传达给UNO板上的拓展板。
/
图121 Arduino UNO主控板功能示意图
1.3Protel DXP软件概述
计算机辅助进行电路设计（CAD），即电子线路CAD在90年代末前，发展较为落后，电路中部分使用微机或集成芯片。而在90年代末至今，电子线路设计产生了质的变化，使用大规模集成芯片、单片机芯片、可编程逻辑芯片，参数计算也由一开始的手工计算变为计算机辅助计算，增加了电路仿真分析功能，自动生成电路板图，完成了真正意义上的电子设计自动化（EDA）。Protel DXP是一个将电子电路设计与仿真、印刷电路板设计与大规模可编程逻辑器件设计功能集一身的应用型软件，它由原理图编辑器（Schematic Document）、原理图元件库编辑器（Schematic Library Document）、PCB编辑器（PCB Document）、PCB零件库编辑器（PCB Library Document）组成。Protel DXP 2004将元件符号（Symbol）、元件包装（Footprint）、用于电路仿真的SPICE元件模型、用于电路板信号分析的SI元件模型整合在一个元件里。Protel DXP 2004中的设计可以与其他软件共享，可输出用于板级仿真的Hyperlynx文件，也可为了实现和Auto CAD软件数据交换，输入输出DXP、DWG格式文件。三个管理模式使文件更易管理，单一数据库文件存储，存为Windows文件以及利用在数据库外独立的Windows进行存储。为了便于辨别，以不同颜色对板层进行分割。原理图中的ERC（电气法则检查）和PCB的DRC（设计规则检查）使得错误更易发现，有利于改正。
目 录
1.绪论 1
1.1选题的背景 1
1.2Arduino UNO主控板功能简介 1
1.3Protel DXP软件概述 2
1.4Mixly图形与ArduinoC语言编程设计理念 4
1.5本文的主要工作和内容安排 4
2.电路硬件模块绘制 6
2.1电路原理图及封装库的绘制 6
2.2封装库的绘制 7
2.3PCB板布局 8
2.4电路模块展示 9
3.灯光师 20
3.1 炫彩流水灯 20
3.2呼吸灯 23
3.2.1电位器控制led灯 23
3.2.2呼吸灯 25
3.3自助式交通灯 27
3.3.1按键点亮led灯 27
3.3.2自助式交通灯 30
3.4SOS呼救灯 35
4.测距机器人 37
4.1“世界那么大，我想去看看” 37
4.2超声波测距 39
4.3语音雷达测距 41
5.红外遥控 43
5.1红外控制led亮灭 43
5.2遥控门锁 45
5.3遥控风扇 47
6.总结 49
参考文献 50
致谢 51
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.绪论
1.1选题的背景
科学技术是第一生产力，电子通信技术作为信息产业核心技术，与人们的日常生活已密不可分，广泛应用于各行各业。目前，我国很多企业的电子通信技术是购买国外产权。作为市场经济中不可或缺的行业，保证其创新速度跟紧时代步伐至关重要。由于电子信息产业的蓬勃发展，社会对科技创新人才的要求越来越高。实验创新教学是教育行业目前的一个崭新命题。“加快创新人才培养模式”成为了深化教育改革的重点内容之一。传统的实验课依附于去验证某个原理，不论是重复教师的课堂演示，还是根据教材中的步骤操作，对于学生而言，只不过是进行模仿，缺乏新思维的开发。固定的思维模式片面地强调了共性发展，忽视了个性的重要性，从而使学生缺乏自学能力、创新精神。电子创新设计实验系统开发很好地将理论与实践巧妙结合，培养创新意识，积极鼓励学生参加各类课外科技活动以及科技竞赛。
1.2Arduino UNO主控板功能简介
Arduino作为全球最流行的开源硬件，源于意大利的伊夫雷亚。目前市面上使用最广泛的Arduino UNO主控板采用的是Atmel公司生产的ATmega328PPU处理器。该处理器芯片集成了数量巨大的晶体管，引脚与芯片通过极细的导线连接，采用28引脚双列直插形式的封装。如下图所示，在这块处理器上有14个数字输入/输出端口，6个模拟输入端口，6个PWM输出端口，2个外部中断。可通过三种方式对电源供电：a.通过复位按钮下的USB接口，提供主控板5V工作电压。b.通过Vin引脚或者DC电源接口，将7到12V电源稳压至5V工作电压，提供给UNO主控板。C.通过5V引脚和GND供给主控板5V电压。UNO主控板允许多个电源的同时连接。当电源切换电路时，最高可用电压电源被选择接入稳压器。
0(D0)至13(D13)引脚为数字引脚，功能为数字信号的输入与输出功能。加有“波浪线”的引脚还具有PWM功能。
除上述功能外，在D0上有RX标识，功能为串口接收；在D1上有TX标识，功能为串口发送。
AREF为模拟输入参考电压的输入引脚。
SDA/SCL为串行通信TWI(T^2C)通信引脚，分别与模拟引脚的A4/A5相连。
A0至A5为模拟输入引脚，也可作为数字引脚，相对应标号为D14至D19。
Vin为外部电源输入引脚，输入电压为7至12V。
GND为接地引脚，主控板上接地引脚是相连互通的。
RESET为重启引脚，当GND(即输入为低电平)与RESET相连时，主控板重新启动。
IOREF为与5V相连的输入/输出端口电压参考引脚，功能是将主控板上的运行电压传达给UNO板上的拓展板。
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图121 Arduino UNO主控板功能示意图
1.3Protel DXP软件概述
计算机辅助进行电路设计（CAD），即电子线路CAD在90年代末前，发展较为落后，电路中部分使用微机或集成芯片。而在90年代末至今，电子线路设计产生了质的变化，使用大规模集成芯片、单片机芯片、可编程逻辑芯片，参数计算也由一开始的手工计算变为计算机辅助计算，增加了电路仿真分析功能，自动生成电路板图，完成了真正意义上的电子设计自动化（EDA）。Protel DXP是一个将电子电路设计与仿真、印刷电路板设计与大规模可编程逻辑器件设计功能集一身的应用型软件，它由原理图编辑器（Schematic Document）、原理图元件库编辑器（Schematic Library Document）、PCB编辑器（PCB Document）、PCB零件库编辑器（PCB Library Document）组成。Protel DXP 2004将元件符号（Symbol）、元件包装（Footprint）、用于电路仿真的SPICE元件模型、用于电路板信号分析的SI元件模型整合在一个元件里。Protel DXP 2004中的设计可以与其他软件共享，可输出用于板级仿真的Hyperlynx文件，也可为了实现和Auto CAD软件数据交换，输入输出DXP、DWG格式文件。三个管理模式使文件更易管理，单一数据库文件存储，存为Windows文件以及利用在数据库外独立的Windows进行存储。为了便于辨别，以不同颜色对板层进行分割。原理图中的ERC（电气法则检查）和PCB的DRC（设计规则检查）使得错误更易发现，有利于改正。
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