飞思卡尔培训第四章
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飞思卡尔单片机快速上手指南说明书
Freescale Semiconductor, Inc.Document Number: 用户指南 Rev. 0, 09/2014Confidentiality statement, as appropriate to document/part status.___________________________________________________________________飞思卡尔单片机快速上手指南作者：飞思卡尔半导体IMM FAE 团队飞思卡尔半导体是全球领先的单片机供应商，其单片机产品包含多种内核，有数百个系列。
为支持用户使用这些产品，飞思卡尔提供了丰富的网站资源、文档及软硬件工具，另外，我们还有众多的第三方合作伙伴及公共平台的支持。
对于不熟悉飞思卡尔产品和网站的初学者来说，了解和使用这些资源这无疑是一个令人望而生畏的浩瀚工程。
本指南的目的，就是给初学者提供一个指导，让他们不被这些海量信息淹没；用户根据本指导提供的操作步骤，能迅速找到所需的资源，了解如何使用相关的工具。
在本指南中，我们以飞思卡尔的新一代Kinetis 单片机K22系列为例，介绍了如何获取与之相关的资源，如何对其进行软硬件设计和开发。
实际上，这些方法也适用于其它的单片机系列。
当然，对于其它有较多不同之处的产品，我们也会继续推出相应的文档，供广大用户参考。
目录1 如何获取技术资料与支持 ..........................................................2 2 如何选择产品、申请样片及购买少量芯片和开发工具 ........... 93 飞思卡尔单片机的开发环境、开发工具和生态系统 ............. 224 如何阅读飞思卡尔的技术文档 ................................................ 45 5 飞思卡尔单片机硬件设计指南 ................................................ 55 6飞思卡尔单片机软件开发指南 (67)飞思卡尔单片机快速上手指南, Rev. 1, 09/20142Freescale Semiconductor, Inc.1 如何获取技术资料与支持1.1 概述当用户使用飞思卡尔单片机芯片时，如何获取芯片的数据手册（Datasheet ）、参考设计（Reference Manual ）和官方例程等资源呢？另外当用户遇到了技术问题该如何获得帮助和解答呢？这里以Kinetis 的K22系列芯片为例为大家介绍如何解决这些问题。
飞思卡尔智能车竞赛培训教程讲解94页PPT
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you飞Fra bibliotek卡尔智能车竞赛培训教 程讲解
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you飞Fra bibliotek卡尔智能车竞赛培训教 程讲解
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
飞思卡尔--智能汽车竞赛培训-机械结构部分
四、电机的安装
留心的同学应该已经注意到，有些智能车在运行过程中 电机声音特别大，而有些智能车的声音却几乎听不到，这是 为什么呢？这种声音的来源其实是电机齿轮与传动齿轮之间 的啮合，因为捏合角没有调好而导致电机的声音特别大，同 时，啮合角不仅影响了电机的声音强度，而且更重要的是它 直接影响了电机对整车的驱动性，因此，啮合度不应太松， 当然也不宜太紧，在调试的过程中应准确把握。
飞思卡尔--智能汽车竞赛培训机械结构部分
一、转向舵机的安装
是否需要加长舵机臂？
北京科技大学
清华大学
一、转向舵机的安装
是否需要加长舵机臂？
加长舵机臂能提高舵机的响应速度，舵机只需要转较 小角度就可以实现较大角度的转弯。
加长舵机臂对提高舵机的响应确实有一定的效果，但 是车身转动的惯性限制了车的转向。而舵机臂加长会降低 舵机定位的精度、提高重心、造成舵机损坏等。
后轴齿轮
电机
后轴
电机齿轮
齿轮安装示意图
五、机械结构的设计原则
减轻重量 降低重心,重心落在小车后轮1/3处 加固安装
电池使用方法
参数 ： •电压：1.2×6=7.2 v
•容量：2000mAh 放电曲线（在3A的大电流放电条件下得到的结果）
电池使用方法
正确充电：
•推荐使用比赛选配的充电器。该充电器是为玩具电池设计的廉价的 充电器，内部没有智能充电控制电路，只能采用恒功率充电模式， 最大充电电流为700mA，平均充电电流300mA，涓流充电电流小于 100mA，充电时车转弯不灵活、转 弯时振动较大都有可能是受差速的影响，然而如何调节后轮 差速呢？这个没有精确的尺度，只能在调试过程中自己把握， 不宜过松也不宜太紧，最好的标准是小车在拐S弯时能灵活 自如。
第四届飞思卡尔智能车大赛 培训资料
车大赛官方网站
考核办法 开学两பைடு நூலகம்内上交智能车设计报告（根据假期收 集资料） 第三周将根据报告内容安排面试
LOGO
欢迎提问
入门参考书
工作内容
智能车
总体设计
硬件设计
传感器 电动机驱动 舵机转向 单片机外围电路 电源电路 控制及显示电路
软件设计
各部分驱动程序设计 算法设计 各功能模块设计
学习方法
以自学研究为主， 以自学研究为主，指导老师提供指导意见 看书
挑战“ 《学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯》 学做智能车 挑战 飞思卡尔”
比赛使用组委会统一提供的车模、舵机、直流电机以及单片机、 比赛使用组委会统一提供的车模、舵机、直流电机以及单片机、 开发软件和在线调试工具， 开发软件和在线调试工具，保证参赛队伍在一个基本相同的硬 件平台上制作自己的智能车。 件平台上制作自己的智能车。
知识体系构成
汽车原理
电子技术
智能车
嵌入式系统 测试技术 （传感器） 数学建模
LOGO
第四届“飞思卡尔杯” 第四届“飞思卡尔杯”全国大学生智能车竞赛
简要介绍及初步辅导
辽宁工程技术大学 机械工程学院车辆工程系
基本内容
1 2 3 4 赛事简介 个人要求 工作内容 学习方法
赛事简介
智能车大赛来自韩国，最早是由韩国汉阳大学举办的， 智能车大赛来自韩国，最早是由韩国汉阳大学举办的，面向韩国 各个大学。 年这个比赛登陆中国， 各个大学。2006年这个比赛登陆中国，经过教育部批准，由飞思 年这个比赛登陆中国 经过教育部批准， 卡尔半导体公司赞助，由清华大学协办， 卡尔半导体公司赞助，由清华大学协办，在清华大学举办了第一 飞思卡尔”杯智能车车大赛。这个比赛主题很简单， 届“飞思卡尔”杯智能车车大赛。这个比赛主题很简单，要求参 赛选手在组委会提供的车模和相关部件平台下， 赛选手在组委会提供的车模和相关部件平台下，制作一辆可以自 主识别赛道的寻线小车，在比赛规定的赛道上进行竞速比赛， 主识别赛道的寻线小车，在比赛规定的赛道上进行竞速比赛，单 圈成绩最好的车获得冠军。 圈成绩最好的车获得冠军。
考核办法 开学两பைடு நூலகம்内上交智能车设计报告（根据假期收 集资料） 第三周将根据报告内容安排面试
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智能车
总体设计
硬件设计
传感器 电动机驱动 舵机转向 单片机外围电路 电源电路 控制及显示电路
软件设计
各部分驱动程序设计 算法设计 各功能模块设计
学习方法
以自学研究为主， 以自学研究为主，指导老师提供指导意见 看书
挑战“ 《学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯》 学做智能车 挑战 飞思卡尔”
比赛使用组委会统一提供的车模、舵机、直流电机以及单片机、 比赛使用组委会统一提供的车模、舵机、直流电机以及单片机、 开发软件和在线调试工具， 开发软件和在线调试工具，保证参赛队伍在一个基本相同的硬 件平台上制作自己的智能车。 件平台上制作自己的智能车。
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汽车原理
电子技术
智能车
嵌入式系统 测试技术 （传感器） 数学建模
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第四届“飞思卡尔杯” 第四届“飞思卡尔杯”全国大学生智能车竞赛
简要介绍及初步辅导
辽宁工程技术大学 机械工程学院车辆工程系
基本内容
1 2 3 4 赛事简介 个人要求 工作内容 学习方法
赛事简介
智能车大赛来自韩国，最早是由韩国汉阳大学举办的， 智能车大赛来自韩国，最早是由韩国汉阳大学举办的，面向韩国 各个大学。 年这个比赛登陆中国， 各个大学。2006年这个比赛登陆中国，经过教育部批准，由飞思 年这个比赛登陆中国 经过教育部批准， 卡尔半导体公司赞助，由清华大学协办， 卡尔半导体公司赞助，由清华大学协办，在清华大学举办了第一 飞思卡尔”杯智能车车大赛。这个比赛主题很简单， 届“飞思卡尔”杯智能车车大赛。这个比赛主题很简单，要求参 赛选手在组委会提供的车模和相关部件平台下， 赛选手在组委会提供的车模和相关部件平台下，制作一辆可以自 主识别赛道的寻线小车，在比赛规定的赛道上进行竞速比赛， 主识别赛道的寻线小车，在比赛规定的赛道上进行竞速比赛，单 圈成绩最好的车获得冠军。 圈成绩最好的车获得冠军。
飞思卡尔kinetis_内部培训资料_SIM部分
SIM (System Integration Module) 模块培训材料
SIM模块采用粘合逻辑与Kinetis芯片绝大部分模块联系，提供四个主要功能：SIM模块采用粘合逻辑与Kinetis芯片绝大部分模块联系，提供四个主要功能：
∙系统和模块时钟配置；
∙模块配置（模块管脚配置和时钟源选择）；
∙片上系统配置;
∙芯片信息。
SIM模块系统和模块时钟配置功能包括：
1.配置系统时钟，总线时钟，外部总线时钟和Flash时钟工作频率；
2.控制大部分Kinetis模块时钟选通，可以关闭不用模块时钟降低芯片运行模式下功
耗；
3.MCG时钟模块时钟源选择，MCG外部参考时钟源来自系统振荡器或RTC振荡器。
SIM模块配置功能包括：
1.UART输出管脚驱动能力控制；
2.UART输入输出源选择和配置；
B电压源模块配置（使能，工作模式）；
4.FlexTimer外部时钟，输入捕获，故障源选择；
5.ADC模块触发源选择。
SIM模块片上系统配置包括：
1.外部总线安全级别设定（是否允许指令和数据总线访问）；
2.外部复位管脚信号滤波配置。
SIM模块芯片信息包括芯片版本，Kinetis家族类别（K10，K20等），封装形式，128-bit 独一无二ID（可以用作客户产品序列号）。
(完整word版)飞思卡尔智能车技术报告
2、整车电路集成化，一体化设计。
集成化的设计思路的好处是原件密度高，系统可以小型化一体化，通过综合考虑各方面因素，在确定了系统最终硬件方案不做大的更改的情况下，在确保了系统可靠性的前提下，最终选择了一体化，集成化的硬件设计思路。使车体硬件电路布局紧凑，稳定可靠。
3、大前瞻，高分辨率方案。
在光电传感器的安装不影响赛车行驶的前提下，尽可能的提高传感器前瞻，更大的前瞻，能为赛车提供更多的信息，更能让赛车提前作出决策。
3.5.2主销内倾角
主销内倾角是指主销在汽车的横向平面内向倾斜一个角度，即主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角。主销内倾角也有使车轮自动回正的作用。通常汽车主销内倾角不大于80。
2.5.3前轮外倾角
通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角称为“前轮外倾角”。轮胎呈现“八”字形张开时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为“正外倾”。一般前轮外倾角为10左右。
4.5速度检测模块
为了使车在跑的过程中能快速加速，及时减速除了要有好的算法来控制，还依赖于速度闭环返回的速度脉冲值的可靠度和精确度，因此为了提高检测精度，最后选用了精度较高的光电编码器，光电编码器使用5V-24V电源，输出12.5%-85%VCC的方波信号。
9.2存在的不足
9.3可改进的方法
第十章参考文献
第一章引言
1.1方案介绍
系统硬件设计可以说是整个智能车设计的基础和重中之重。正确的硬件设计方向与思路，是系统稳定可靠的基础，功能强大的硬件系统，更为软件系统的发挥提供了强大的平台。、
1、整车低重心设计。
通过以往几届比赛的经验我们看到，往往重心低，体积小巧，布局紧凑的赛车更能取得好的成绩。、于是，我们通过合理布局电路板和各种传感器，尽可能地降低整车重心。在不影响传感器前瞻，或者不过度牺牲传感器性能的情况下，尽量降低光电传感器的高度，以提高赛车的侧翻极限。
集成化的设计思路的好处是原件密度高，系统可以小型化一体化，通过综合考虑各方面因素，在确定了系统最终硬件方案不做大的更改的情况下，在确保了系统可靠性的前提下，最终选择了一体化，集成化的硬件设计思路。使车体硬件电路布局紧凑，稳定可靠。
3、大前瞻，高分辨率方案。
在光电传感器的安装不影响赛车行驶的前提下，尽可能的提高传感器前瞻，更大的前瞻，能为赛车提供更多的信息，更能让赛车提前作出决策。
3.5.2主销内倾角
主销内倾角是指主销在汽车的横向平面内向倾斜一个角度，即主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角。主销内倾角也有使车轮自动回正的作用。通常汽车主销内倾角不大于80。
2.5.3前轮外倾角
通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角称为“前轮外倾角”。轮胎呈现“八”字形张开时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为“正外倾”。一般前轮外倾角为10左右。
4.5速度检测模块
为了使车在跑的过程中能快速加速，及时减速除了要有好的算法来控制，还依赖于速度闭环返回的速度脉冲值的可靠度和精确度，因此为了提高检测精度，最后选用了精度较高的光电编码器，光电编码器使用5V-24V电源，输出12.5%-85%VCC的方波信号。
9.2存在的不足
9.3可改进的方法
第十章参考文献
第一章引言
1.1方案介绍
系统硬件设计可以说是整个智能车设计的基础和重中之重。正确的硬件设计方向与思路，是系统稳定可靠的基础，功能强大的硬件系统，更为软件系统的发挥提供了强大的平台。、
1、整车低重心设计。
通过以往几届比赛的经验我们看到，往往重心低，体积小巧，布局紧凑的赛车更能取得好的成绩。、于是，我们通过合理布局电路板和各种传感器，尽可能地降低整车重心。在不影响传感器前瞻，或者不过度牺牲传感器性能的情况下，尽量降低光电传感器的高度，以提高赛车的侧翻极限。
飞思卡尔智能车硬件培训
电 池 的 使 用
• 正确放电：
•由于镍镉电池具有记忆效应，对电池的不完全放电将 会人为的降低电池的电容量； •从放电曲线可以看出，随着电池电量的减少，其电压 也会逐渐降低，当电压降低到某个阈值后继续放电， 电池电压将很快的跌落。这个阈值就是电池的放电下 限电压。厂家给出了放电下限电压为6V。因此，在使 用时，建议在动力车的电源设计中加入电池保护电路， 当电池电压低于6V时切断电路，用来保护电池。如果 没有保护电路，要注意，电池接通时人不要离开。因 为当电池电压降到接近6V时，电池已经给不出多少电 流，已经没有能力驱动电机了，此时一定要及时断开 电路，到了给电池充电的时候了。
辅助支架等。
车 模 调 整 参 数
前轮调整
后轮调整
减震弹簧 其他调整
前
轮
调
整
前轮是转向轮，前轮调整包括以下几个方面： 主销内倾 ；主销后倾；前轮外倾；前轮前束
前 主销内倾
轮
调
整
主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使
前轮自动回正，增大摩擦力，避免甩尾。角度越大，前轮自动回正 的作用越剧烈，但是转向时也越费力，轮胎磨损也增大。主销内倾
车 模 运 行 方 向
光电组：四轮车模双向运行。
车模使用 B 型车模,车模运行可以在比赛过程中，
根据赛道要求随时调整运行方向。
车 模 运 行 方 向
光电组：车模直立行走。
使用 D、E 型车模。车模
运行时只允许动力轮着地，
车模直立行走。车模运行
方向应按照图3 所示：
车
模
改
装
规
则
禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；如有必 要可以对于车模中的零部件进行适当删减。 禁止采用其它型号的驱动电机，禁止改动驱动电机
飞思卡尔单片机教学课件
THANKS
具体实现方法：首先需要将LED灯连接到单片机的某个I/O端口上，然后在程序 中配置该I/O端口的输出模式，通过循环语句控制LED灯的亮灭状态，从而实现 LED闪烁的效果。
按键输入程序
按键输入程序是单片机编程中常见的应用之一，通过编实现方法：首先需要将按键连接到单片机的某个I/O端口 上，然后在程序中配置该I/O端口的输入模式，通过检测该 I/O端口的电平变化来判断按键是否被按下，从而实现按键输 入的功能。
随着物联网和嵌入式系统 的发展，对单片机的功耗 要求越来越高，低功耗设 计成为未来的重要趋势。
多核处理器
为了提高处理能力和效率， 单片机将向多核处理器方 向发展，实现更复杂的功 能和更高的性能。
无线连接
无线连接技术的发展，使 得单片机能够更好地与外 部设备进行通信和控制， 扩展了应用范围。
飞思卡尔单片机的未来
IAR Embedded Workbench： 另一款流行的单片机开发软件，
提供丰富的工具链。
MPLAB X IDE：适用于XC8和 XC16系列单片机的开发环境，
由Microchip公司出品。
03 飞思卡尔单片机编程实 践
LED闪烁程序
LED闪烁程序是单片机编程的基础实践之一，通过编写程序控制LED灯的亮灭， 可以帮助学生理解单片机的I/O端口操作和程序执行流程。
更高效的生产工艺
更智能的算法支持
随着半导体技术的不断发展，飞思卡 尔单片机的生产工艺将更加高效，性 能和集成度更高。
随着人工智能和机器学习技术的发展， 飞思卡尔单片机将集成更智能的算法， 实现更高级的功能和应用。
更丰富的外设接口
为了满足各种应用需求，飞思卡尔单 片机将提供更丰富的外设接口，如 USB、HDMI等。
飞思卡尔嵌入式课件Kl25第四章 第一个样例程序及工程组织
11
4.2.2 GPIO模块
1．KL25的GPIO引脚 80引脚封装的KL25芯片的GPIO引脚分别记为PORTA、PORTB、 PORTC、PORTD、PORTE共5个端口，共含61个引脚。端口作为 GPIO引脚时，逻辑1对应高电平，逻辑0对应着低电平。 （1）PORTA口有10个引脚，分别为PTA1~2、PTA4~5、 PTA12~17； （2）PORTB口有12个引脚，分别为PTB0~3、PTB8~11、 PTB16~19； （3）PORTC口有16个引脚，分别为PTC0~13、PTC16~17； （4）PORTD口有8个引脚，分别为PTD0~7； （5）PORTE口有15个引脚，分别为PTE0~5、PTE20~25、 PTE29~31。
10
5．中断状态标志寄存器(PORTx_ISFR) 数字引脚模式下，每个引脚的中断模式可以独立配置， 在引脚控制寄存器IRQC字段可配置选择：中断禁止（复位后 默认）；高电平、低电平、上升沿、下降沿、沿跳变触发中 断；上升沿、下降沿、沿跳变触发DMA请求。支持低功耗模 式下唤醒。 每个端口的中断状态标志寄存器（PORTx_ISFR），对应 32个引脚，相应位为1，表明配置的中断已经被检测到，反 之没有。各位具有写1清0特性。
9
4．全局引脚控制寄存器 每个端口的全局引脚控制寄存器有两个，分别为 PORTx_GPCLR、PORTx_GPCHR，为只写寄存器，读出总为0。 每个寄存器的高16位被称为全局引脚写使能字段（Global Pin Write Enable，GPWE），低16位被称为全局引脚写数据字段 （Global Pin Write Data，GPWD）。 KL25芯片每个端口有32个引脚控制寄存器，分为两组： 低引脚控制寄存器组（15~0）和高引脚控制寄存器组 （31~16），全局引脚控制寄存器PORTx_GPCLR批配置低引 脚控制寄存器组（15~0），而全局引脚控制寄存器 PORTx_GPCHR配置高引脚控制寄存器组（31~16）。这样可 以实现一次配置16个功能相同的引脚，提高了编程效率。 全局引脚控制寄存器不能配置引脚控制寄存器的高16位， 因此，不能使用该功能配置引脚中断。
飞思卡尔培训第四章
武汉科技大学信息科学与工程学院
4.1.1
机械设计原理
（1）机械设计总论 主要介绍机械设计要求及机械设计中 常用材料和选用原则、机械零件的强度验算、机械零件 的磨损及润滑等理论，并对现代设计方法进行简单的介 绍。 （2）常用机构及传动设计 研究机构的组成原理、运动分 析及力分析方法，并重点介绍根据运动要求和工作条件 设计常用机构及传动的技术和方法。 （3）通用零件设计 研究通用零件的设计和选用问题，包 括零件工作能力设计和结构设计，以及标准零、部件的 选用等问题。 （4）有关机械总体设计中的一些问题 介绍机械传动系统 方案设计、控制系统设计及机座与箱体结构设计等问题。
4.1.1
机械设计原理(按自己能力吧）
为了提高智能车的竞技性能，必须了解其机械 结构，并且对其结构上的不足之处加以改进。通过 对历届全国智能汽车竞赛中各高校的参赛智能车进 行研究后发现，想要取得较好的成绩，智能车底盘 的优化和硬件设备的可靠性所占的比重要大于软件 程序及其控制策略所占的比重，因此有必要对智能 车的机械原理进行一定的了解。 机械设计原理就是研究机械的基本理论及设计技 术等问题。具体来说，研究内容主要有以下几个方 面：
武汉科技大学信息科学与工程学院
4.1.1
机械设计原理
机械设计的基本要求包括以下几个方面： （1）功能要求 机械产品必须完成规定的功能，并保证功 能参数在限定的范围内。 （2）可靠性要求 机械的可靠性通过可靠度来衡量。可靠 度是指在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件 下，机械产品能够正常地完成其功能的概率。不同场合 使用的机械，对其可靠度有不同的要求。 （3）经济性要求 所设计的机械应在设计、制造和使用的 全过程中都应力求达到合理的成本范围内。主要的方法 有：采用恰当的设计方法，缩短设计周期；构思合理的 工作原理，简化结构；选用适当的原材料，减小尺寸和 质量；制定合理的制造和装配工艺；注意最大限度地采 用标准化、系列化及通用化的零、部件等。
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4.2.2 Protel
（10）设臵铜膜线的走线宽度，一般走线宽度为10 mil （0.25 mm），电源和地线应该宽一些。当然，只要电路 板面积允许，铜膜线还是宽一些比较好。有时还要考虑 制板公司的能力，例如有的公司对于小于10 mil线宽的 电路板不能制作。走线宽度可在菜单Design/Rule中设臵。 （11）一切设臵结束后，就可以启动Auto Route/All菜 单进行自动布线。当布线完成后，在布线完成对话框中 观察布线的布通率。若为100％，就说明所有连接铜膜线 全部完成。若不能100％布通，则需要回到预拉线状态重 新布臵元件，调整线宽后再布线。 （12）利用3D立体图观察电路板，若对元件布臵或布线 不满意，可以使用Tool/ Un-Route/ All菜单去掉布线， 恢复预拉线，重新安排元件后再进行布线。
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4.1.1
机械设计原理
机械设计的基本要求包括以下几个方面： （1）功能要求 机械产品必须完成规定的功能，并保证功 能参数在限定的范围内。 （2）可靠性要求 机械的可靠性通过可靠度来衡量。可靠 度是指在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件 下，机械产品能够正常地完成其功能的概率。不同场合 使用的机械，对其可靠度有不同的要求。 （3）经济性要求 所设计的机械应在设计、制造和使用的 全过程中都应力求达到合理的成本范围内。主要的方法 有：采用恰当的设计方法，缩短设计周期；构思合理的 工作原理，简化结构；选用适当的原材料，减小尺寸和 质量；制定合理的制造和装配工艺；注意最大限度地采 用标准化、系列化及通用化的零、部件等。
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4.2.2 Protel
（13）当对布线认可后，根据需要增加填充、铺铜和轮 廓。 （14）对电路板运行电气规则检查（菜单Tool/Design Rule Check）。 （15）对丝网层上的文字进行调整，然后写上画电路板 日期、电路板说明等文字。 （16）将所画电路板图存软盘，送电路板制造商生产电 路板。
第4章
智能汽车设计基础 —计算机辅助设计
第4章 智能汽车设计基础—计算机辅助设计
1
4.1 计算机辅助机械设计(按自己能力 吧）
2
4.2
计算机辅助电路设计
3
思考题
武汉科技大学信息科学与工程学院
4.1
计算机辅助机械设计
1 4.1.1 机械设计原理
2 4.1.2 AUTOCAD 简介
武汉科技大学信息科学与工程学院
武汉科技大学信息科学与工程学院
4.1.2
AutoCAD 简介
（5）新提供的动态输入功能，可以使用户将精力集中在 设计绘图而非软件功能上。 （6）可以方便地将零件图组装成装配图，能够验证零件 尺寸是否正确、零件之间是否会出现干涉等装配问题， 同时还可以利用AutoCAD的复制和粘贴功能，方便地通过 装配图拆分出零件图。 （7）当用户设计系列产品时，可以方便地通过已有图形 修改派生出新图形。 （8）在设计复杂图形时，AutoCAD提供Web共享设计信息、 创建帮助，可方便地创建单个图形并管理整个图形集。 同时AutoCAD可利用CAD生产中的新标准能帮助用户获得 更大的成功。
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4.1.2
AutoCAD 简介
（1）可方便地绘制直线、圆、圆弧和正多边形等基本机 械图形对象，并且可以对图形对象进行各种编辑，以构 成各种复杂的机械图形。 （2）当某一张图纸上需要绘制多个相同的图形时，利用 其强大的复制、偏移和镜像等功能，能够快速地通过已 有图形绘制出其他图形。 （3）AutoCAD能够绘制出满足符合国家机械制图标准 （GB）的线条宽度、文字样式等。 （4）提供了新的动态块功能，可以快速有效地创建机械 常用件和标准件的模块，如符合国家标准的键、弹簧、 轴承、螺栓、螺母和垫圈等；操纵块并从中提取数据， 当需要绘制这些图形时，可以直接插入而不必要重复绘 制。
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4.1.1
机械设计原理
（4）社会性要求 机械产品的操作应方便、安全；外观 造型和色彩应大方宜人；具有较强的市场竞争力；遵循 国家及相关部门环境保护等有关法规。 （5）其他特殊要求 不同的机械还具有一些该机械所特 有的要求。例如，对机床有长期保持精度的要求；对飞 机有质量轻、飞行阻力小而运载能力大的要求等。 通过对参赛智能车机械设计的调查分析发现，并不 是所有的调整都对提高智能车的性能具有明显的作用， 其中前轮定位参数优化、转向舵机力臂增大和底盘重心 位臵对于智能车的机械性能有着较大的影响。
武汉科技大学信息科学与工程学院
4.2.2 Protel
（7）将元件人工排列到电路板上，排列的规则是：电路 的输入端放在电路板左侧；输出端放在电路板的右侧； 元件和元件之间的连线最短；安装元件时元件之间不能 互相干涉等。在布臵元件的位臵时，最好不要使用自动 方式，因为计算机目前还不具备足够的智能去合理排列 元件以满足布臵要求。 （8）确定布线范围。布线范围是在禁止布线层确定的， 一般也就是电路板的板框尺寸。若是需要钻螺丝孔，注 意在禁止布线层的螺丝孔上不能布线。 （9）设臵布线层。若为单层板，在菜单design/Rule中 设臵走线层；若为双层板，不用设臵，使用默认值就可 以。
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4.1.2
AutoCAD 简介
（9）AutoCAD使信息的连接变得简单易行，使设计团队在 设计制造流程中可以开展协作化的产品开发，能够与企 业内的任何员工或扩展的团队安全共享设计数据，其功 能有：能为有需要的用户共享、查看、标记和管理2D, 3D设计数据，支持与其他用户的文件交换，并能在更改 变得困难之前，减少设计流程中的错误，生成新的观点， 从而使业务流程能够实现从创建到完成的平稳运作。
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4.2.2 Protel
（4）布线应注意的事项 铜膜导线的宽度要足够，地线要尽量宽，线宽可根据 每平方毫米铜膜导线的截面积可通电流6～10 A（铜膜导 线厚度通常为0.035 mm, 0.05 mm和0.07 mm，以0.05 mm 厚度为多见）来计算； 铜膜导线拐弯不要用锐角，以防尖端放电，尽量用 135°角拐弯或圆弧拐弯，高频线路则必须用圆弧拐弯； 单面板铜膜导线线宽至少为20 mil，个别特殊地方也 至少为15 mil； 避免使用大面积铜箔，否则，板材因发热产生挥发性 气体，该气体致使铜箔膨胀或脱落，若要用大面积铜箔， 则应在铜箔上加透气孔或用栅格状铺铜；
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4.2.2 Protel
（4）建立电路板图文件。可以使用向导建立（启动菜单 File/New后，选择向导页面，启动电路板向导）或直接 建立（启动菜单File/New，选择电路板文件）。一般双 层板可直接建立，多层板则多采用向导建立。 （5）在电路板设计窗口，使用菜单Design/Load Nets将 网络表调入。在调入过程中，要注意形成的宏命令是否 有错，若有错，查明原因后返回原理图并修改原理图。 一般遇到的问题是无元件封装或元件引脚和封装焊盘不 对应。常见宏命令错误是Component not found（元件找 不到，原因是元件封装名不正确）和Node not found （节点找不到，原因是焊盘号和引脚号不一致）。 （6）若所有宏命令有效，就可以执行宏命令，将元件和 元件之间的连接调入电路板。
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4.2
计算机辅助电路设计
1 4.2.1 EDA技术
2 4.2.2 Protel
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4.2.1
EDA技术
1．EDA技术的内涵
（没用，删 Protel
Protel 99SE是澳大利亚Protel Technology公司推出的 一个全32位的电路板设计软件。该软件功能强大，人机 界面友好，易学易用，使用该软件的设计者可以容易地 设计电路原理图，画元件图，设计电路板图，画元件封 装图和电路方针，是首选的电路板设计工具。 1．PCB板的全手工设计方式步骤简介 （1）基于系统原理图的仿真。在画原理图时，只要 Protel 99SE的能力允许，最好对原理图或部分原理图进 行仿真。 （2）画原理图时，要注意每个元件都必须要有对应的封 装形式，而且封装的焊盘号和原理图引脚号之间必须有 对应关系。 （3）对原理图进行电气规则检查后，建立原理图的网络 表。
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4.1.2
AutoCAD 简介
AutoCAD是机械设计中常用的软件之一，它是一种可自定 义、可扩展的CAD软件，具有二维绘图、设计文档和简单 的三维设计等功能。AutoCAD从V1.0，V1.17，V2.5， V2.6，R9～R14，2000，2000i，2004，2005至今天的 2006版，历经了多次的改版更新，由于其在平面设计方 面的功能比较齐全，其市场占有率很高。 下面以AutoCAD2006为例来说明AutoCAD在机械设计中的 应用。 AutoCAD2006提供了高效的图形集管理器，可以轻松地对 图形进行移植、展开，其直观的功能让学习变得更加容 易；动态块和增强的图案填充等工具为用户提供了便捷 的解决方法。这些新功能与图形集管理器等选项板相结 合，为管理所有类型的项目提供了一套完整的解决方案。 AutoCAD2006在机械设计的应用功能主要体现在以下几个 方面：
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4.2.2 Protel
（3）布局应注意的事项 热敏感元件应远离发热元件； 功率器件尽量放在板边沿； 较重的大型器件可锁在机箱上由导线接到线路板； 高电压器件之间及其引脚之间距离加大，以防爬电； 在板边缘2～3 mm范围内不要放臵元件封装，以便流 水线生产； 可调元件及插拨元件应放臵在方便操作之处； 高频元件之间应尽可能缩短走线，并要注意避免相互 之间的电磁干扰； 每个功能电路以核心器件为中心，围绕它进行布局； 同类型元件轴向一致，排列整齐。
4.2.2 Protel
（10）设臵铜膜线的走线宽度，一般走线宽度为10 mil （0.25 mm），电源和地线应该宽一些。当然，只要电路 板面积允许，铜膜线还是宽一些比较好。有时还要考虑 制板公司的能力，例如有的公司对于小于10 mil线宽的 电路板不能制作。走线宽度可在菜单Design/Rule中设臵。 （11）一切设臵结束后，就可以启动Auto Route/All菜 单进行自动布线。当布线完成后，在布线完成对话框中 观察布线的布通率。若为100％，就说明所有连接铜膜线 全部完成。若不能100％布通，则需要回到预拉线状态重 新布臵元件，调整线宽后再布线。 （12）利用3D立体图观察电路板，若对元件布臵或布线 不满意，可以使用Tool/ Un-Route/ All菜单去掉布线， 恢复预拉线，重新安排元件后再进行布线。
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4.1.1
机械设计原理
机械设计的基本要求包括以下几个方面： （1）功能要求 机械产品必须完成规定的功能，并保证功 能参数在限定的范围内。 （2）可靠性要求 机械的可靠性通过可靠度来衡量。可靠 度是指在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件 下，机械产品能够正常地完成其功能的概率。不同场合 使用的机械，对其可靠度有不同的要求。 （3）经济性要求 所设计的机械应在设计、制造和使用的 全过程中都应力求达到合理的成本范围内。主要的方法 有：采用恰当的设计方法，缩短设计周期；构思合理的 工作原理，简化结构；选用适当的原材料，减小尺寸和 质量；制定合理的制造和装配工艺；注意最大限度地采 用标准化、系列化及通用化的零、部件等。
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4.2.2 Protel
（13）当对布线认可后，根据需要增加填充、铺铜和轮 廓。 （14）对电路板运行电气规则检查（菜单Tool/Design Rule Check）。 （15）对丝网层上的文字进行调整，然后写上画电路板 日期、电路板说明等文字。 （16）将所画电路板图存软盘，送电路板制造商生产电 路板。
第4章
智能汽车设计基础 —计算机辅助设计
第4章 智能汽车设计基础—计算机辅助设计
1
4.1 计算机辅助机械设计(按自己能力 吧）
2
4.2
计算机辅助电路设计
3
思考题
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4.1
计算机辅助机械设计
1 4.1.1 机械设计原理
2 4.1.2 AUTOCAD 简介
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4.1.2
AutoCAD 简介
（5）新提供的动态输入功能，可以使用户将精力集中在 设计绘图而非软件功能上。 （6）可以方便地将零件图组装成装配图，能够验证零件 尺寸是否正确、零件之间是否会出现干涉等装配问题， 同时还可以利用AutoCAD的复制和粘贴功能，方便地通过 装配图拆分出零件图。 （7）当用户设计系列产品时，可以方便地通过已有图形 修改派生出新图形。 （8）在设计复杂图形时，AutoCAD提供Web共享设计信息、 创建帮助，可方便地创建单个图形并管理整个图形集。 同时AutoCAD可利用CAD生产中的新标准能帮助用户获得 更大的成功。
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4.1.2
AutoCAD 简介
（1）可方便地绘制直线、圆、圆弧和正多边形等基本机 械图形对象，并且可以对图形对象进行各种编辑，以构 成各种复杂的机械图形。 （2）当某一张图纸上需要绘制多个相同的图形时，利用 其强大的复制、偏移和镜像等功能，能够快速地通过已 有图形绘制出其他图形。 （3）AutoCAD能够绘制出满足符合国家机械制图标准 （GB）的线条宽度、文字样式等。 （4）提供了新的动态块功能，可以快速有效地创建机械 常用件和标准件的模块，如符合国家标准的键、弹簧、 轴承、螺栓、螺母和垫圈等；操纵块并从中提取数据， 当需要绘制这些图形时，可以直接插入而不必要重复绘 制。
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4.1.1
机械设计原理
（4）社会性要求 机械产品的操作应方便、安全；外观 造型和色彩应大方宜人；具有较强的市场竞争力；遵循 国家及相关部门环境保护等有关法规。 （5）其他特殊要求 不同的机械还具有一些该机械所特 有的要求。例如，对机床有长期保持精度的要求；对飞 机有质量轻、飞行阻力小而运载能力大的要求等。 通过对参赛智能车机械设计的调查分析发现，并不 是所有的调整都对提高智能车的性能具有明显的作用， 其中前轮定位参数优化、转向舵机力臂增大和底盘重心 位臵对于智能车的机械性能有着较大的影响。
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4.2.2 Protel
（7）将元件人工排列到电路板上，排列的规则是：电路 的输入端放在电路板左侧；输出端放在电路板的右侧； 元件和元件之间的连线最短；安装元件时元件之间不能 互相干涉等。在布臵元件的位臵时，最好不要使用自动 方式，因为计算机目前还不具备足够的智能去合理排列 元件以满足布臵要求。 （8）确定布线范围。布线范围是在禁止布线层确定的， 一般也就是电路板的板框尺寸。若是需要钻螺丝孔，注 意在禁止布线层的螺丝孔上不能布线。 （9）设臵布线层。若为单层板，在菜单design/Rule中 设臵走线层；若为双层板，不用设臵，使用默认值就可 以。
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4.1.2
AutoCAD 简介
（9）AutoCAD使信息的连接变得简单易行，使设计团队在 设计制造流程中可以开展协作化的产品开发，能够与企 业内的任何员工或扩展的团队安全共享设计数据，其功 能有：能为有需要的用户共享、查看、标记和管理2D, 3D设计数据，支持与其他用户的文件交换，并能在更改 变得困难之前，减少设计流程中的错误，生成新的观点， 从而使业务流程能够实现从创建到完成的平稳运作。
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4.2.2 Protel
（4）布线应注意的事项 铜膜导线的宽度要足够，地线要尽量宽，线宽可根据 每平方毫米铜膜导线的截面积可通电流6～10 A（铜膜导 线厚度通常为0.035 mm, 0.05 mm和0.07 mm，以0.05 mm 厚度为多见）来计算； 铜膜导线拐弯不要用锐角，以防尖端放电，尽量用 135°角拐弯或圆弧拐弯，高频线路则必须用圆弧拐弯； 单面板铜膜导线线宽至少为20 mil，个别特殊地方也 至少为15 mil； 避免使用大面积铜箔，否则，板材因发热产生挥发性 气体，该气体致使铜箔膨胀或脱落，若要用大面积铜箔， 则应在铜箔上加透气孔或用栅格状铺铜；
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4.2.2 Protel
（4）建立电路板图文件。可以使用向导建立（启动菜单 File/New后，选择向导页面，启动电路板向导）或直接 建立（启动菜单File/New，选择电路板文件）。一般双 层板可直接建立，多层板则多采用向导建立。 （5）在电路板设计窗口，使用菜单Design/Load Nets将 网络表调入。在调入过程中，要注意形成的宏命令是否 有错，若有错，查明原因后返回原理图并修改原理图。 一般遇到的问题是无元件封装或元件引脚和封装焊盘不 对应。常见宏命令错误是Component not found（元件找 不到，原因是元件封装名不正确）和Node not found （节点找不到，原因是焊盘号和引脚号不一致）。 （6）若所有宏命令有效，就可以执行宏命令，将元件和 元件之间的连接调入电路板。
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4.2
计算机辅助电路设计
1 4.2.1 EDA技术
2 4.2.2 Protel
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4.2.1
EDA技术
1．EDA技术的内涵
（没用，删 Protel
Protel 99SE是澳大利亚Protel Technology公司推出的 一个全32位的电路板设计软件。该软件功能强大，人机 界面友好，易学易用，使用该软件的设计者可以容易地 设计电路原理图，画元件图，设计电路板图，画元件封 装图和电路方针，是首选的电路板设计工具。 1．PCB板的全手工设计方式步骤简介 （1）基于系统原理图的仿真。在画原理图时，只要 Protel 99SE的能力允许，最好对原理图或部分原理图进 行仿真。 （2）画原理图时，要注意每个元件都必须要有对应的封 装形式，而且封装的焊盘号和原理图引脚号之间必须有 对应关系。 （3）对原理图进行电气规则检查后，建立原理图的网络 表。
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4.1.2
AutoCAD 简介
AutoCAD是机械设计中常用的软件之一，它是一种可自定 义、可扩展的CAD软件，具有二维绘图、设计文档和简单 的三维设计等功能。AutoCAD从V1.0，V1.17，V2.5， V2.6，R9～R14，2000，2000i，2004，2005至今天的 2006版，历经了多次的改版更新，由于其在平面设计方 面的功能比较齐全，其市场占有率很高。 下面以AutoCAD2006为例来说明AutoCAD在机械设计中的 应用。 AutoCAD2006提供了高效的图形集管理器，可以轻松地对 图形进行移植、展开，其直观的功能让学习变得更加容 易；动态块和增强的图案填充等工具为用户提供了便捷 的解决方法。这些新功能与图形集管理器等选项板相结 合，为管理所有类型的项目提供了一套完整的解决方案。 AutoCAD2006在机械设计的应用功能主要体现在以下几个 方面：
武汉科技大学信息科学与工程学院
4.2.2 Protel
（3）布局应注意的事项 热敏感元件应远离发热元件； 功率器件尽量放在板边沿； 较重的大型器件可锁在机箱上由导线接到线路板； 高电压器件之间及其引脚之间距离加大，以防爬电； 在板边缘2～3 mm范围内不要放臵元件封装，以便流 水线生产； 可调元件及插拨元件应放臵在方便操作之处； 高频元件之间应尽可能缩短走线，并要注意避免相互 之间的电磁干扰； 每个功能电路以核心器件为中心，围绕它进行布局； 同类型元件轴向一致，排列整齐。