摘 要

益智小电脑其主要功能是给现在的儿童提供的一种学习娱乐工具，其属于益智类玩具的一种开发。其不同于传统的玩具开发，而是一种新型的基于单片机的一种多功能用途的学习、娱乐产品的开发，具有一定的研究意义和发展趋势，在电子产品发展的前景下，其必将受到人们的亲睐。

本课题设计主要是基于Arduino Mega 2560，其具有大量的I/O口用于数据传输和通信，满足了此次课程设计的要求。另外还采用了DS1307时钟模块和SD卡模块分别来实现时钟和MP3播放功能，通过TFT驱动程序和触控程序来完成TFT屏的显示和操作功能。在软件方面，利用学过的C语言进行编写程序，并使用Arduino IDE来编译、烧写相关程序。其核心部分是对于Arduino mega 2560 相关引脚的了解，通过程序来控制相关I/O口的输入输出以及SPI端口通信，从而更进一步的实现各种功能。

此次设计是基于Arduino单片机的运用开发，该设计主要针对于儿童群体，设计的功能主要用适用于儿童初期智力开发和兴趣培养，产品功能虽然并不是太多，但充分满足了孩子们学习娱乐的需求，并且采用的器件也较为廉价，设计产品费用也较为低廉，充分体现了单片机用于生产设计产品来满足市场需求的可行性，具有一定的参考意义。

关键词：Arduino mega 2560；DS1307；TFT驱动显示；SPI通信；C语言

Abstract

Small intelligent computer’s main function is to provide the children with a learning and entertainment tool, which belongs to the development of educational toys. The different in the development of traditional toys, but a novel based on MCU a multi-purpose learning, entertainment product development, has certain research significance and development trend, in the prospect of the development of electronic products, the will is people pro gaze.

The design of this topic is mainly based on Mega Arduino 2560, which has a large number of I/O port for data transmission and communication, to meet the requirements of the curriculum design. In addition, the DS1307 clock module and SD card module are used to achieve the clock and MP3 playback function, through the TFT driver and touch control program to complete the TFT screen display and operating functions. In terms of software, the use of C language to write the program, and the use of IDE Arduino to compile, burn and write related programs. The core part of the mega Arduino 2560 related pin to understand, through the program to control the relevant I/O port input and output and SPI port communication, so as to further achieve a variety of functions.

This design is based on the design and application of Arduino microcontroller, the design of the main needle for children, the preliminary design of the function is simple, just used to meet the children's entertainment, learning, etc.. But it has proved that the single chip microcomputer is used in the production of design products to meet the market demand, which has a certain reference value.

Key words: Mega Arduino 2560; DS1307; TFT driver display; SPI communication; C language

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 Arduino及其开发环境 3

1.3.1Arduino理论基础 3

1.3.2 Arduino开发工具介绍 4

1.4 本文研究的主要内容及章节安排 6

第二章 益智小电脑总体设计 8

2.1 功能设计 8

2.2 各功能设计方案 8

第三章 益智小电脑硬件设计 10

3.1 主控模块 10

3.2 DS1307时钟模块 11

3.3 SD卡模块 12

3.3.1 SD卡读写模块 12

3.3.2语音输出电路的设计 14

3.4 TFT液晶屏模块 15

3.4.1 液晶触摸屏基本概要 15

3.4.2液晶触摸屏特点 15

3.5 按键控制模块 16

3.6 本章小结 16

第四章 智能小电脑软件设计 17

4.1 时钟程序 17

4.2 音频播放程序 18

4.3 游戏程序 20

4.4 涂鸦程序 23

4.5 本章小结 25

第五章 系统测试 26

5.1 整体实物结构 26

5.2 时钟显示功能测试 26

5.3 音频播放功能测试 27

5.4 游戏功能测试 27

5.5 涂鸦功能测试 27

5.6 本章小结 28

第六章 总结与展望 29

6.1全文总结 29

6.2 未来展望 29

参考文献 31

致谢 32

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

本次课题是基于Arduino的益智小电脑设计，其主要提供给现在的儿童一种学习、娱乐的平台。随着现在单片机的发展，各种衍生产品的设计越来越受到人们的亲睐。益智小电脑的设计属于儿童益智类玩具的研究，其具备了开发智力的功能，属于一种科学玩具，具有着一定的研究意义。

近年来，随着生活水平的逐渐改善，儿童的学前教育问题越来越受到关注，而益智类玩具则在孩子们的智力开发中起着重要的作用。对儿童类益智玩具开发设计，我国并没有很系统的研究及相关报告，因此还处于较落后的阶段，此次的课题研究属于创新性的益智玩具研发，其不仅提供给儿童一个学习娱乐的平台，同时也是一种基于Arduino开源设计的创新，国内这一方面设计的研究并不是很丰富，因此选择其作为毕设题目具有一定的意义。

同时，此次课程设计的模块较多，结合了多个模块来实现整体功能，这体现除了Arduino强大的兼容性和开源性，其不仅是电子产品的研究设计，也是基于Arduino的一款具有实际市场价值和研究意义的产品，其具备了可以满足市场需求的能力，低成本的研究使得该产品的研究不仅适合作为大学生们课程设计提升能力的一种途径，同时也带来了一定的市场前景。

目前较大部分国内儿童所使用的益智玩具都来自与国外研发设计或者是传统的玩具，例如普通画板、魔方、积木这一类较为基础的玩具。这一类玩具都不具备现在电子产品的可存储以及多用途快捷的功能，都存在着一定的缺陷。而此次课题研究的益智小电脑主要实现功能便很好的解决了这些传统玩具的问题，其具备着涂鸦以及存储功能，同时还具备视频、音频功能，还有时钟功能。其又区别于现在部分基于ARM的益智玩具，如平板电脑，学生点读机之类，由于所研究设计的益智小电脑是基于Arduino单片机，其更低廉也更容易设计、发展更迅速。我相信以后基于Arduino的成品设计运用将更为广泛。