师：同学们，大家好。今天我们学习创意电子作品的设计与制作。大家现在看到的是 2020 年 12 月 6 日，嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交汇对接的场景。这些历史性的突破需要多种先进电子技术的参与。近年来，我国自主研发的北斗卫星导航系统、站在世界前沿的 5G 芯片，以及承担着走向深蓝任务的航空母舰，无一不是科技的杰作。虽然我们一时间可能接触不到这么前沿的技术，但是我们身边也存在着各种各样的电子产品。同学们，你们知道电子产品是怎么设计和制作出来的吗？通过这节课，希望大家能够掌握创意电子作品设计与制作的通用流程，然后学以致用，完成超声波控制的微景观灯光这一电子作品的设计和制作。
首先回到刚刚老师提的第一个问题，同学们知道一个电子产品是怎么设计和制作出来的吗？创意电子作品的设计和制作一般有六个比较通用的流程。首先是创意设计，这是对我们作品进行的一个整体规划。在完成了整体规划之后，我们将通过原理图绘制、PCB 布局布线、电路板印刷、焊接调试以及程序烧写等五个步骤来把整个创意给实现。这几个环节并不是相互独立的，而是环环相扣、相互影响。接下来我们将具体分析各个环节的要点。
首先第一个是创意设计，创意设计的本质其实就是对整个作品进行的一个整体规划。这个电子作品做出来是干什么的？需要用到什么器件？实现的步骤是什么？都需要在这个环节中思考。这个环节可谓是整个作品设计制作中最重要的一步，作品的功能是否完善、技术路线是否简洁，作品能不能真正做出来都取决于这个环节。既然这个环节这么重要，那么在这个环节中我们需要具备怎样的能力呢？给同学们几秒钟的时间思考一下。相信同学们在脑海中都会出现各种各样的关键词，我们一起来看一下，跟老师列举的一不一样啊。
老师列举的分别是基础的电路知识、对作品功能准确的定位、丰富的想象力、清晰的逻辑等等。我们需要有基础的电路知识才能完成电路的搭建，需要对作品的功能有准确的定位，才能设计出优秀合理的电路。在完成这些任务的过程中，我们需要有丰富的想象力、清晰的逻辑支持等等。创意设计这一环节的熟练掌握，需要经验的积累，不断地尝试才有可能成功。
创意电子作品的设计和制作第二个环节就是原理图的绘制，从这一步开始我们进入到了实现的环节，实现环节的第一步就是将我们的电路设计以原理图的形式表达出来，我们常用的工具有 Potel 99、Autodesk inventor 等等。在课件中我们可以看到在界面右方的这个图就是利用 Autodesk inventor 设计出的一个电路原理图。在电路原理图中我们利用各种符号来代表各种电子元器件，利用线段来表示它们之间的连接。同学们有没有发现这跟我们在物理课中学习到的电路表达有点类似呢？
经过了原理图的绘制，我们要将其变成实际的电路，就需要进行 PCB 的布局布线。所谓的 PCB 就是印刷电路板，现在基本上每个电子产品里的电路板都属于印刷电路板。它的优点有很多，比如说利于机械化、自动化生产等等。由于我们前期进行了原理图的绘制，通过 EDA 也就是电子设计自动化工具就可以直接生成出实际电路的原型。
所谓的电路原型就是把我们原理图上所包含的所有电子元器件对应规格的焊盘以及焊盘之间的连接关系都放到一块虚拟的板子上。此时焊盘的摆放是没有任何规律的，连接关系也只是用线段表示出来。下一步我们要做的就是所谓的布局布线了。布局即在一块电路板中安排好各电子元器件的位置。常见的规则有，容易发热的元件不能邻近热敏元件，两个相互连接的元件一般情况下相隔不要过远等等。在完成了电子元器件的布局后，下一步我们需要做的就是布线，布线就是将焊盘之间用线段表示的连接关系，用铜线等实际存在的金属相互连接起来的过程。布线也有相应的规则需要遵循，比如说线宽要与电路相匹配，信号线尽量不要出现回环走线等等。经过了原理图的绘制、PCB 的布局布线之后我们就可以生成生产文件发给厂家进行制作了，厂家根据我们的要求将电路板制作出来之后，我们的电子化设计终于变成了实物，也就是我们平时可以看到的电路板。此时电路板上是没有任何电子元器件的，下一步就需要我们按照之前的设计把电子元器件安装焊接上去，也就是我们焊接调试的环节。
在焊接调试的环节里，我们有手工焊接和机焊两种方式可以选择，通常数量比较少的测试用的电路板可以用手工焊接的方式来完成。手工焊接的方式也就是我们上一节课学习到的内容，焊接完成之后我们需要先对电路进行测试，通过了测试之后我们才可以进行上电调试。
焊接调试的环节，初学者一定要在专业人士的指导下进行。印制电路板的设计和制作到上一步就算基本完成了，但当我们设计的创意电子作品功能比较复杂时，我们所用到的电子元器件一般都有微控制器的存在。当电路板的制作完成后，我们需要对电路板上的微控制器进行编程，以这样的方式来实现比较复杂的功能。各种微控制器基本上都有自己配套的编程软件和烧写硬件。举个例子，对于 STM32 来说，编程软件可以选择如图所示的 Keil version，烧写硬件可以选择 JLINK，或者说我们的 USB 转串口模块。
以上就是创意电子作品的设计与制作 6 个比较通用的流程。在完成了对通用流程的学习后，我们进入到了实操的阶段，今天我们实操的主题为超声波控制的微景观灯光。我们先来了解一下这个项目。相信很多同学的家里都有各种各样的摆饰，有的是盆栽，有的是一些非常漂亮的手工艺品，它们本身就非常具有美感。但如果我们给它加上灯光效果，那会不会就是锦上添花呢？今天我们就以 Arduino 为主体，结合超声波测距模块等元件，设计出一款能使用在微景观的作品。当手接近微景观时，灯光会慢慢亮起，当手离开的时候，灯光会逐渐熄灭。