林炳權(quán) 石皓宇 車宇 李鵬 梁飛翔 唐強(qiáng) 蔡志崗

關(guān)鍵詞 Arduino;教學(xué)改革;脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM 技術(shù)）;計(jì)算機(jī)編程

電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)作為光電信息專業(yè)、物理學(xué)專業(yè)的一門(mén)重要的綜合課程，在本科生經(jīng)過(guò)電子技術(shù)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)后，通過(guò)硬件設(shè)計(jì)、通訊控制、軟件編程可以鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技巧從而全面地提升其電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)能力。中山大學(xué)物理學(xué)院開(kāi)設(shè)的電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課中，通過(guò)讓學(xué)生焊接安裝控制電路，控制兩個(gè)直流電機(jī)的輸入電壓，將經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同轉(zhuǎn)速的偏心轉(zhuǎn)輪平面鏡的反射后的激光，形成特定形狀的激光圖案，通過(guò)改變兩個(gè)直流電機(jī)的電壓比，可以得到不同形貌的激光圖案[1]。通過(guò)焊接控制電路，學(xué)生可實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)特定電壓比值的輸出電路，通過(guò)聲音采集模塊可以實(shí)現(xiàn)在幾個(gè)不同電壓比之間的切換。但上述方法會(huì)導(dǎo)致輸出圖案形式單一，并且焊接電路中由于單個(gè)壞掉的電子元器件導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題難以排查，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)一些不便。Arduino作為一款便捷靈敏、易于上手的開(kāi)源電子開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有操作簡(jiǎn)便、功能豐富等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種電路系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[2-4]。將Arduino單片機(jī)引入電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程中，不僅可以拓展控制電路的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方式，還可以通過(guò)引入其他的傳感器模塊讓學(xué)生在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上自行編程，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)引入Arduino單片機(jī)調(diào)控模式，將傳統(tǒng)焊接電子電路的內(nèi)容擴(kuò)增為“原理設(shè)計(jì)電路連接軟件編程”的連貫?zāi)Ｊ?，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，降低電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中電路焊接不當(dāng)引起的故障率，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

1 實(shí)驗(yàn)原理

本文以Arduino單片機(jī)作為控制電路的核心部件，結(jié)合L293D芯片、紅外信號(hào)接收模塊、激光器、直流電機(jī)、偏心轉(zhuǎn)輪反射鏡等硬件，實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)通訊、PWM 信號(hào)輸出調(diào)控直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變激光圖案的形狀的目的。

1.1 Arduino簡(jiǎn)介

Arduino是2005年意大利米蘭交互設(shè)計(jì)學(xué)院的老師開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一款開(kāi)源開(kāi)放的電子技術(shù)創(chuàng)意平臺(tái)。Arduino包含硬件（各種不同類型的Arduino開(kāi)發(fā)板）和軟件（用于代碼編譯的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，Arduino IDE，以及第三方提供的圖形化編程環(huán)境如Mind+、Scratch3.0等）。由于Arduino的編程具有類似java、C++ 等常用編程語(yǔ)言的Processing/Wiring開(kāi)發(fā)環(huán)境[4]，入門(mén)簡(jiǎn)單，功能多樣，價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)設(shè)計(jì)和互動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面，受到廣大電子技術(shù)開(kāi)發(fā)者的青睞。

Arduino UNO 開(kāi)發(fā)板是目前最常用的Arduino開(kāi)發(fā)板，以ATmega328 MCU 微控制器為核心，一般具有以下結(jié)構(gòu)：

（1） 1個(gè)USB接口，可通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與電腦實(shí)現(xiàn)通信，將Arduino IDE 程序上傳到開(kāi)發(fā)板中，也可通過(guò)該口為開(kāi)發(fā)板供電，電壓為5V;

（2） 1個(gè)電源插口，可使用DC電源為開(kāi)發(fā)板供電，電壓為9V，使開(kāi)發(fā)板具有驅(qū)動(dòng)較大功率外部設(shè)備的能力;

（3） 14個(gè)數(shù)字I/O引腳，可進(jìn)行數(shù)字電信號(hào)的輸入和輸出，其中有6個(gè)引腳支持PWM 模式輸出;

（4） 6個(gè)模擬輸入端，可進(jìn)行模擬電信號(hào)的輸入;

（5） 一個(gè)16MHz的晶振，用于產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率;

（6） 1個(gè)復(fù)位按鈕、1個(gè)5V DC 輸出和1個(gè)3.3V DC輸出等其他接口[2]。

Arduino IDE是一款A(yù)rduino專用的程序編譯器，是Arduino的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它將單片機(jī)的寄存器封裝在核心庫(kù)中，是單片機(jī)程序代碼GCCAVR的二次封裝。開(kāi)發(fā)者只需了解Arduino開(kāi)發(fā)板中各端口的作用，編寫(xiě)程序代碼并上傳到Arduino開(kāi)發(fā)板中，不需要了解開(kāi)發(fā)板內(nèi)部寄存器的設(shè)置方法，降低了Arduino開(kāi)發(fā)板的使用難度。同時(shí)，Arduino也兼容GCCAVR，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)者也可直接對(duì)寄存器進(jìn)行編程設(shè)置[3]。

正是由于Arduino IDE對(duì)單片機(jī)程序代碼的二次封裝，使得使用者不需要了解單片機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和寄存器設(shè)置，只需要清楚每一個(gè)端口的作用就可以利用基礎(chǔ)的C語(yǔ)言知識(shí)編寫(xiě)程序代碼并讓Arduino實(shí)現(xiàn)想要的功能。

以Arduino中自帶的閃爍程序?yàn)槔?，按照如圖2所示的代碼上傳到Arduino UNO 板上，并將13號(hào)引腳連接LED正極，LED負(fù)極與GND引腳連接，就可以看到燈泡亮暗交替閃爍。通過(guò)如上簡(jiǎn)單的程序，就可以實(shí)現(xiàn)利用Arduino電路板控制電子元器件的目的。

除此之外，Arduino開(kāi)發(fā)板可連接其他輸入和輸出模塊，實(shí)現(xiàn)更多的功能設(shè)計(jì)。開(kāi)發(fā)者在Arduino IDE中編寫(xiě)程序并上傳到Arduino開(kāi)發(fā)板中，通過(guò)數(shù)字輸入接口或模擬輸入端連接聲音傳感器、紅外接收模塊、超聲波接收模塊等輸入元件，進(jìn)行信號(hào)接收、動(dòng)作采集等操作，并通過(guò)數(shù)字輸出接口或PWM 輸出端連接直流電機(jī)、蜂鳴器、顯示屏等輸出元件，進(jìn)行信號(hào)發(fā)送、動(dòng)作輸出等操作，達(dá)到感知外界、影響外界的目的[4，5]。

Arduino通過(guò)計(jì)數(shù)器與寄存器實(shí)現(xiàn)PWM 輸出。計(jì)數(shù)器按照一定的規(guī)則在最低值與最高值之間重復(fù)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與比較寄存器中設(shè)定的值相同時(shí)，切換數(shù)字輸出的邏輯電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)高電平輸出時(shí)間的調(diào)制[7]。

Arduino UNO 開(kāi)發(fā)板的3、5、6、9、10、11號(hào)數(shù)字I/O 引腳支持PWM 輸出，3、9、10、11號(hào)引腳輸出的PWM 信號(hào)頻率約為490Hz，5、6號(hào)引腳輸出的PWM 信號(hào)頻率約為980Hz。analogWrite（pin，value）是Arduino IDE中控制PWM 輸出的專用函數(shù)，pin是PWM 輸出引腳的編號(hào)，value是輸出的脈沖信號(hào)的占空比大小，取值范圍為0～255，對(duì)應(yīng)輸出的模擬電壓值為value／255 ×5V。

2 實(shí)驗(yàn)介紹

2.1 傳統(tǒng)電路焊接實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用時(shí)鐘定時(shí)觸發(fā)或音控觸發(fā)的方式，學(xué)生焊接控制電路板，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光圖案的定時(shí)變換或音控變換，圖4為控制電路流程示意圖。

定時(shí)觸發(fā)模式采用555多諧振蕩電路輸出周期可調(diào)脈沖信號(hào);音控觸發(fā)模式通過(guò)放大電路和整形電路使聲音信號(hào)形成穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。在方波脈沖信號(hào)上升沿的觸發(fā)下，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器4017循環(huán)輸出Q₀、Q₁、Q₂、Q₃四路高電平，再經(jīng)分壓電路獲得四組不同的工作電壓，進(jìn)而通過(guò)反轉(zhuǎn)電路和驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向和不同的轉(zhuǎn)速比。激光經(jīng)過(guò)兩個(gè)電機(jī)上的偏心反射鏡的連續(xù)反射，在白屏上形成不同的激光圖案[1，8]。

實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生焊接復(fù)雜的控制電路板，只能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)特定電壓比值的輸出電路，且電路難以采用其他信號(hào)觸發(fā)模式。由于單個(gè)壞掉的電子元器件導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題難以排查，實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)、輸出圖案形式單一以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的虛焊等問(wèn)題導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展性低。

2.2 基于Arduino改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)

本文引入Arduino對(duì)實(shí)驗(yàn)途徑進(jìn)行擴(kuò)展，使實(shí)驗(yàn)更具創(chuàng)新性。圖5是改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)的示意圖。其控制過(guò)程如下：1）信號(hào)模塊：摁下紅外遙控器發(fā)出紅外信號(hào)，Arduino通過(guò)紅外信號(hào)接收模塊接收讀取到電信號(hào)，不同的按鍵對(duì)應(yīng)到Arduino中不同的電信號(hào);2）計(jì)算模塊：Arduino根據(jù)接收到的紅外信號(hào)計(jì)算調(diào)控出對(duì)應(yīng)電壓比的PWM 模擬電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)L293D 芯片等比放大并驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī);3）硬件模塊：激光經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同轉(zhuǎn)速的偏心旋轉(zhuǎn)鏡面的連續(xù)反射，在屏幕上形成特定的激光圖案。改變兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比可得到不同形狀的激光圖案。

2.2.1 紅外信號(hào)輸入

Arduino單片機(jī)可與時(shí)鐘傳感器、聲音傳感器、光敏電阻傳感器等多種輸入模塊連接，實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)輸入途徑。本文采用紅外信號(hào)輸入實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的控制。

圖5的右下角部分為紅外信號(hào)接收模塊與遙控器。將紅外信號(hào)接收模塊的輸出接口（即模塊上的OUT引腳）與Arduino UNO 的7號(hào)引腳連接，用于傳輸信號(hào)，并通過(guò)連接Arduino UNO的5V輸出端口為模塊提供工作電壓。當(dāng)接收到紅外遙控器發(fā)出的紅外信號(hào)時(shí)，接收模塊內(nèi)置的程序?qū)?duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、編碼，輸出六位十六進(jìn)制編碼。

在Arduino IDE庫(kù)管理器中下載安裝IRremote庫(kù)文件，通過(guò)調(diào)用enableIRIn（）函數(shù)可觸發(fā)模塊接收紅外信號(hào)，再通過(guò)調(diào)用decode（）函數(shù)可將紅外信號(hào)解調(diào)、編碼為相應(yīng)的六位十六進(jìn)制編碼[9]。

2.2.2 L293D芯片

由于Arduino單片機(jī)的輸出電壓最高為5V，不足以驅(qū)動(dòng)12V 直流電機(jī)，本文結(jié)合L293D芯片實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。圖6為L(zhǎng)293D芯片的原理圖。16號(hào)引腳連接5V 電源，為芯片的調(diào)控電路提供工作電壓;8號(hào)引腳連接12V 電源，為芯片的驅(qū)動(dòng)電路提供工作電壓。2、7、10、15號(hào)引腳為控制信號(hào)輸入引腳;3、6、11、14號(hào)引腳為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出引腳，用于輸出信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。1、9號(hào)引腳為使能引腳，當(dāng)使能引腳置于高電平時(shí)，相應(yīng)的輸入輸出引腳被激活啟用，輸出與控制信號(hào)同相的驅(qū)動(dòng)電壓[10]。

將電機(jī)1的兩端連接L293D芯片的3、6號(hào)輸出引腳。相應(yīng)的2、7號(hào)輸入引腳中的一個(gè)引腳置于高電平，另一個(gè)引腳置于低電平，兩個(gè)輸出引腳的輸出電壓形成電勢(shì)差，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)不同的引腳被置于高電平時(shí)，電勢(shì)差極性相反，電機(jī)轉(zhuǎn)向改變。

電機(jī)2的一端連接L293D 芯片的11號(hào)輸出引腳，另一端接地。當(dāng)10號(hào)輸入引腳置于高電平時(shí)，14號(hào)輸出引腳輸出高電平電壓，形成電勢(shì)差，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

將PWM 模擬信號(hào)輸入1、9號(hào)使能引腳，相應(yīng)的輸出引腳輸出相同占空比、峰值較高的PWM模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)兩端電壓值的改變。

2.2.3 程序設(shè)計(jì)

在Arduino IDE上編寫(xiě)程序，根據(jù)輸入的紅外信號(hào)調(diào)控PWM 模擬信號(hào)的輸出，程序設(shè)計(jì)如圖7所示。

程序開(kāi)始時(shí)，定義引腳、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等變量，設(shè)定引腳的模式。使用enableIRIn（）函數(shù)觸發(fā)紅外信號(hào)接收模塊接收信號(hào)，通過(guò)decode（）函數(shù)判斷是否成功接收到紅外信號(hào)，若接收到紅外信號(hào)，則將接收到的紅外信號(hào)解調(diào)、編碼為六位十六進(jìn)制編碼并賦值給變量results，并在Arduino IDE 的串口監(jiān)視器中顯示紅外信號(hào)的編碼和編碼位數(shù);若未接收到信號(hào)，則各變量保持不變，Arduino輸出信號(hào)不變。

接收到紅外信號(hào)后，使用if-else語(yǔ)句將紅外信號(hào)編碼與數(shù)字0～9、符號(hào)+、-對(duì)應(yīng)，并賦值到變量Input。根據(jù)變量Input的值的不同，改變轉(zhuǎn)速speed、轉(zhuǎn)向Direction等變量。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的分別調(diào)控，定義變量channal，當(dāng)按下按鍵“CH+”時(shí)，channal=1，對(duì)電機(jī)1進(jìn)行調(diào)控;當(dāng)按下按鍵“CH-”時(shí)，channal=2，對(duì)電機(jī)2進(jìn)行調(diào)控。

為實(shí)現(xiàn)多組不同電壓比值的輸出，定義轉(zhuǎn)速變量speed調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)速，將數(shù)字按鍵0～9對(duì)應(yīng)speed變量由0～255等間距賦值;

由于電機(jī)1正轉(zhuǎn)、電機(jī)2反轉(zhuǎn)時(shí)形成的激光圖案與電機(jī)1反轉(zhuǎn)、電機(jī)2正轉(zhuǎn)時(shí)形成的激光圖案一致，在程序中僅定義方向變量Direction調(diào)控電機(jī)1的轉(zhuǎn)向，保持電機(jī)2的轉(zhuǎn)向不變。

將上述變量作為函數(shù)參數(shù)，調(diào)用digitalWrite（）和analogWrite（pin，value）函數(shù)，改變相應(yīng)輸出引腳的電平狀態(tài)和PWM 信號(hào)的占空比，控制每個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。

3 結(jié)果分析

將程序上傳至Arduino中，通過(guò)遙控器按鍵“CH+”“CH-”選擇需要控制的電機(jī)，再通過(guò)數(shù)字按鍵0～9，設(shè)定輸出引腳的模擬電壓值，得到不同的輸出電壓，經(jīng)L293D 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)。激光經(jīng)由特定轉(zhuǎn)速比的兩個(gè)直流電機(jī)攜帶的偏心反射鏡的連續(xù)反射，在白屏上形成特定的激光圖案。改變兩個(gè)直流電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速比，可以得到不同形狀的激光圖案。

以電壓比的正負(fù)區(qū)分電機(jī)轉(zhuǎn)向的改變，分別設(shè)定兩個(gè)直流電機(jī)的電壓比為-9∶5，-3∶2，3∶2，在白屏上獲得相應(yīng)的激光圖案，如圖11左側(cè)所示。

為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，我們還進(jìn)行了理論上的計(jì)算，并使用MATLAB軟件對(duì)激光圖案的形成過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，理論分析過(guò)程如下：

實(shí)驗(yàn)裝置中，電機(jī)上的偏心反射鏡所在平面的法線方向與電機(jī)轉(zhuǎn)軸不平行，而是存在一個(gè)3°的夾角。圖8中電機(jī)的兩個(gè)反射鏡面位置為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下反射鏡面的兩個(gè)極端位置，成一個(gè)6°的夾角。點(diǎn)狀激光直接照射在直流電機(jī)上的偏心反射鏡上，由于反射鏡所在平面的法線方向與電機(jī)轉(zhuǎn)軸方向存在夾角，故當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射的點(diǎn)狀激光不是固定的一個(gè)方向，而是成一個(gè)圓錐面，在白屏上呈現(xiàn)為一個(gè)圓形或橢圓。經(jīng)第一個(gè)反射鏡反射的激光照射在第二個(gè)反射鏡上，發(fā)生第二次反射，在白屏上呈現(xiàn)的圖像為兩個(gè)圓形軌跡運(yùn)動(dòng)的疊加合成[11]。

在白屏上建立直角坐標(biāo)系，如圖9所示。以水平方向?yàn)闄M坐標(biāo)、豎直方向?yàn)榭v坐標(biāo)，記經(jīng)過(guò)兩次反射后，在白屏上顯示的激光點(diǎn)的橫坐標(biāo)為x，縱坐標(biāo)為y，則

其中，第一次反射形成的圓形軌跡的半徑為R₁，角速度為ω₁，第二次反射形成的圓形軌跡的半徑為R₂，角速度為ω₂。

利用MATLAB軟件對(duì)激光圖案的形成過(guò)程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，代碼程序如下。

修改MATLAB代碼中的兩個(gè)轉(zhuǎn)速變量的比值為-9∶5、-3∶2、3∶2，并適當(dāng)調(diào)節(jié)激光時(shí)間，運(yùn)行程序，分別得到相應(yīng)的仿真激光圖案，如圖10右側(cè)所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反且轉(zhuǎn)速比為9∶5和3∶2時(shí)，激光圖案呈現(xiàn)花瓣形狀，隨著電壓比的增大，“花瓣”越來(lái)越窄且多;當(dāng)兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向一致且轉(zhuǎn)速比為3∶2時(shí)，激光圖案為心形線繞一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)而成。

需要指出的是，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的初始相位差的存在，激光圖案會(huì)繞中心緩慢旋轉(zhuǎn)。因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)際激光圖案是通過(guò)手機(jī)拍照，利用延長(zhǎng)手機(jī)的快門(mén)時(shí)間實(shí)現(xiàn)的;仿真得到的激光圖案是通過(guò)在畫(huà)布上同時(shí)繪制激光點(diǎn)的軌跡方程實(shí)現(xiàn)的。由于手機(jī)設(shè)置的快門(mén)時(shí)間較長(zhǎng)，而仿真實(shí)驗(yàn)繪制的激光圖案為一個(gè)周期內(nèi)激光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，故在兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速比為9∶5且轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀察到的圖形“花瓣”數(shù)目要明顯多于Matlab模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是實(shí)際觀測(cè)到的激光圖案與仿真結(jié)果保持一致，由于圖案會(huì)圍繞中心旋轉(zhuǎn)。在另外兩個(gè)轉(zhuǎn)速比下，實(shí)際激光圖案也是在圍繞著中心旋轉(zhuǎn)的（這一點(diǎn)從實(shí)際觀測(cè)到的激光圖并未構(gòu)成閉合曲線也可以明顯看出）。

實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。至此，我們借助Arduino中PWM 調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光圖案形狀的紅外遙控控制。

4 結(jié)語(yǔ)

以Arduino單片機(jī)為核心，通過(guò)“原理設(shè)計(jì)硬件連接軟件編程”實(shí)現(xiàn)了用PWM 調(diào)制方式控制激光圖案的電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，豐富了傳統(tǒng)的電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過(guò)調(diào)節(jié)占空比，控制輸出電壓進(jìn)而生成多種不同的PWM 信號(hào)，調(diào)節(jié)出多種不同的激光圖案。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案通過(guò)利用Arduino單片機(jī)中脈沖調(diào)制技術(shù)，通過(guò)讓學(xué)生親自動(dòng)手設(shè)計(jì)硬件連接、電路設(shè)計(jì)以及軟件編程，在充分學(xué)習(xí)了電子技術(shù)的基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)出基于PWM 調(diào)制控制的激光圖案系統(tǒng)，能夠完整地培養(yǎng)學(xué)生的電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力?；陂_(kāi)源系統(tǒng)的Arduino單片機(jī)實(shí)驗(yàn)很適合本科生，結(jié)合物理測(cè)量和光電技術(shù)，開(kāi)展各種實(shí)際應(yīng)用。