2013年全国大学生电子设计竞赛G题设计报告-手写绘画板-全国一等奖
2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题
2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题综合测评注意事项（1）综合测评于2013年9月16日8：00正式开始，9月16日15：00结束。
（2）本科组和高职高专组优秀参赛队共用此题。
（3）综合测评以队为单位采用全封闭方式进行，现场不能上网、不能使用手机。
（4）综合测评结束时，制作的实物及《综合测评测试记录与评分表》由全国专家组委派的专家封存，交赛区保管。
波形发生器使用题目指定的综合测试板上的555芯片和一片通用四运放324芯片，设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。
给出设计方案、详细电路图和现场自测数据波形（一律手写、3个同学签字、注明综合测试板编号），与综合测试板一同上交。
设计制作要求如下：1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为600欧姆。
2、四种波形的频率关系为1：1：1：3（3次谐波）：脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8kHz—10kHz，输出电压幅度峰峰值为1V；正弦波Ⅱ输出频率范围为24kHz—30kHz，输出电压幅度峰峰值为9V；脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真（使用示波器测量时）。
频率误差不大于10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
脉冲波占空比可调整。
3、电源只能选用+10V单电源，由稳压电源供给。
不得使用额外电源。
4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。
5、每通道输出的负载电阻600欧姆应标示清楚、置于明显位置，便于检查。
注意：不能外加555和324芯片，不能使用除综合测试板上的芯片以外的其他任何器件或芯片。
说明：1、综合测评应在模数实验室进行，实验室应能提供常规仪器仪表、常用工具和电阻、电容、电位器等。
2、综合测评电路板检查后发给参赛队，原则上不允许参赛队更换电路板。
3、若综合测评电路板上已焊好的324和555芯片被损坏，允许提供新的324和555芯片，自行焊接，但要记录并酌情扣分；4、提供324和555芯片使用说明书。
2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题
2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题综合测评注意事项（1）综合测评于2013年9月16日8：00正式开始，9月16日15：00结束。
（2）本科组和高职高专组优秀参赛队共用此题。
（3）综合测评以队为单位采用全封闭方式进行，现场不能上网、不能使用手机。
（4）综合测评结束时，制作的实物及《综合测评测试记录与评分表》由全国专家组委派的专家封存，交赛区保管。
波形发生器使用题目指定的综合测试板上的555芯片和一片通用四运放324芯片，设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。
给出设计方案、详细电路图和现场自测数据波形（一律手写、3个同学签字、注明综合测试板编号），与综合测试板一同上交。
设计制作要求如下：1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为600欧姆。
2、四种波形的频率关系为1：1：1：3（3次谐波）：脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8kHz—10kHz，输出电压幅度峰峰值为1V；正弦波Ⅱ输出频率范围为24kHz—30kHz，输出电压幅度峰峰值为9V；脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真（使用示波器测量时）。
频率误差不大于10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
脉冲波占空比可调整。
3、电源只能选用+10V单电源，由稳压电源供给。
不得使用额外电源。
4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。
5、每通道输出的负载电阻600欧姆应标示清楚、置于明显位置，便于检查。
注意：不能外加555和324芯片，不能使用除综合测试板上的芯片以外的其他任何器件或芯片。
说明：1、综合测评应在模数实验室进行，实验室应能提供常规仪器仪表、常用工具和电阻、电容、电位器等。
2、综合测评电路板检查后发给参赛队，原则上不允许参赛队更换电路板。
3、若综合测评电路板上已焊好的324和555芯片被损坏，允许提供新的324和555芯片，自行焊接，但要记录并酌情扣分；4、提供324和555芯片使用说明书。
13全国大学生电子设计大赛本科组手写绘图板论文
2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（G题）【本科组】2013年9月6日摘要本手写绘图板以C8051f350单片机为主控制器，其内置24位AD数据采集。
自制恒流源为手写板提供测量电流。
通过AD采集口采集表笔与地之间的电压，两次采样后对采集数据处理计算出表笔所处手写板位置并在高分辨率的LCD屏幕显示相应坐标。
该手写板显示坐标值的分辨率为10mm，绝对误差不大于5mm，功率在1.5W以内，实现了低功耗。
关键词：AD采集MCU 恒流源功率目录1系统方案 (3)1.1铜板测试电源的论证与选择 (3)1.2MCU和AD采集电路的设计的论证与选择 (3)1.3 显示模块的论证与选择 (4)1.4 系统结构 (4)2系统理论分析与计算 (5)2.1 坐标点测量方案 (5)2.1.1 (5)2.1.2 (6)2.1.3 (6)2.2 误差的计算与分析 (6)2.2.1 XXX (6)2.2.2 XXX (6)2.2.3 XXX (6)2.3低功耗设计 (6)2.3.1 题目要求：功耗为总电流乘12V；功耗越低得分越高。
要求功耗等于或小于1.5W。
则要满足要求的最大电流为0.125ma。
功耗越低，则表笔所处位置的电压也就越低。
测量工作困难就越大。
要在测量精度和功耗之间选择一个最佳电流。
62.3.2 XXX (7)2.3.3 XXX (7)3电路与程序设计 (8)3.1电路的设计 (8)3.1.1系统总体框图 (8)3.1.2 恒流源子系统电路原理图 (8)3.1.3差分放大子系统电路原理图 (9)3.1.4电源模块电路原理图 (10)3.2程序的设计 (10)3.2.1程序功能描述与设计思路 (10)3.2.2程序流程图 (10)4测试方案与测试结果 (12)4.1测试方案 (12)4.2 测试条件与仪器 (13)4.3 测试结果及分析 (13)4.3.1测试结果(数据) (13)4.3.2测试分析与结论 (13)附录1：电路原理图 (14)附录2：源程序 (15)手写绘图板（G题）【本科组】1系统方案本系统主要由恒流源模块、主控制模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
2013全国电子设计大赛结果公布
韩堡德 陈宝桔 梁明明 许全维 张 洽 林远棠 何梓扬 林诗伦 李文峰 梁百泉 马丁桦 杨礼嘉 邱岳阳 宋迪屏 温国生 张冠营 黄梓淳 张敏基 朱仕心 游龙 陈志浩 冼铭斌 章旭林 陈启浩 李华灿 莫秋活 周翼 林健灿 周星 梁志勇 张钊 黄振金 黄林东 洪子婷
广东技术师范学院天河学院 熊晓南
广东技术师范学院天河学院 梁健滔
0.一等奖(推国) 华南农业大学 0.一等奖(推国) 华南理工大学 0.一等奖(推国) 华南农业大学 0.一等奖(推国) 华南理工大学 0.一等奖(推国) 韩山师范学院 0.一等奖(推国) 北京理工大学珠海学院 0.一等奖(推国) 华南农业大学 0.一等奖(推国) 韩山师范学院 1.一等奖 1.一等奖 1.一等奖 1.一等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 2.二等奖 广东工业大学 湛江师范学院 广州大学 湛江师范学院 北京理工大学珠海学院 东莞理工学院城市学院 华南农业大学 中山大学南方学院 中山大学南方学院 华南农业大学 韩山师范学院 仲恺农业工程学院 中山大学南方学院 韩山师范学院 广州大学 嘉应学院 嘉应学院 嘉应学院 广东机电职业技术学院 中山火炬职业技术学院 仲恺农业工程学院 华南农业大学 东莞理工学院
题号 A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A 学 0.一等奖(推国) 中山大学
单位
队员 罗澍 施权展 朱振驰 薛成戴 麦活鹏 陈堆盛 郑琳丰 占堪光 吴锐斌 吴晓煌 黄明旭 戴汉儒 郑宇鹏 黄景儒 付伟浩 杨子靖 罗校敬 林泽铭 郑常维 王育龙 黄梓燚 林佳操 邢楚练 黄健龙 曾文正 王杰 黄业伟 崔廷佐 何源富 苏焕旭 陈增鹏 罗武 陈豪
2013年全国大学生电子竞赛G题—手写绘图板
2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（G题）2013年9月7日摘要本系统以STC15F2K60S2单片机为核心，采用TPS5430构成的开关电源作为供电系统。
系统将15cm×10cm普通覆铜板一角接地，其余三个角分别接三个模拟开关，由单片机控制三个模拟开关分别接通恒流源产生的恒流信号，用表笔接触铜板获得触点的电压；将微弱电压值进行二级放大，经单片机A/D采样转换,并进行数据处理后用液晶显示坐标及图形。
整个作品完成了题目基础全部要求，能正确显示触点位于纵坐标左右位置、触点四象限位置以及触点坐标，并能跟踪表笔动作并显示轨迹，显示坐标值的分辨率为1cm，绝对误差小于5%，系统功耗接近1.08W。
关键字：单片机恒流源模拟开关放大采集目录1题目说明 (1)2系统方案 (1)2.1 控制系统论证与选择 (1)2.2 恒流源模块的选择 (1)2.3 放大模块的论证与选择 (1)3系统理论分析与计算 (2)3.1查表法分析 (2)3.2.1 铜板温度变化和表面氧化 (2)3.2.2 恒流源的微变 (2)3.2.3 数学法数据处理 (2)3.3 低功耗设计 (2)3.3.1 TPS5430开关电源设计 (2)3.3.2 总线信号减少上下拉电阻 (2)3.3.3 CPU不用的I/O口设为输出 (3)4电路与程序设计 (3)4.1主要电路的设计 (3)4.1.1系统总体框图 (3)4.1.2 开关电源原理图 (3)4.1.3 放大电路原理图 (4)4.1.4恒流源原理图 (4)4.2程序的设计 (4)4.2.1程序功能描述与设计思路 (4)4.2.2程序流程图 (5)5测试方案与测试结果 (6)5.1测试方案 (6)5.1.1硬件测试 (6)5.1.2软件测试 (6)5.2 测试仪器 (6)5.3 测试结果及分析 (6)5.3.1测试结果(数据) (6)5.3.2测试分析与结论 (7)附录1：电路原理图 (8)1题目说明题目要求用普通覆铜板设计和制作手写绘图输入设备，要求能够正确显示触点位于纵坐标左右位置、触点四象限位置以及触点坐标，并能跟踪表笔动作并显示轨迹，显示坐标值的分辨率最高为6mm ，绝对误差不大于5mm 。
手写绘图板电子设计大赛报告
全国大学生电子设计竞赛设计报告参赛题目手写绘图板摘要：本系统以TI公司的MSP430 16位低功耗单片机为核心，采用高精度恒流源和电压表进行数据采集,根据欧姆定律得出铜板的电阻。
数据通过485串口传送给单片机计算出被测点坐标。
测得的数据在128*160的TFT彩屏上显示，并且通过按键可以实现不同功能之间的切换。
通过单片机的控制实现各种显示存储功能关键词：ATMEGA32L 欧姆定律MSP430 TFTAbstract:This system taking ATMEL company's eight ATMEGA32L MCU as the core, the data acquisition with high precision constant current source and voltmeter to, according to the ohm's law it is concluded that the resistance of the copper plate. Transfer data through serial port 485 to TI company's low-power MSP430 16-bit single chip microcomputer to calculate the coordinates of measuring points. Measured data on 128 * 160 TFT color screen display, and through the keys can be switch between different functions. Through single chip microcomputer to realize the control of all kinds of display storage capabilitiesKeyword:ATMEGA32L Ohm's law MSP430 TFT Screen目录1系统方案 (1)1.1 采样的论证与选择 (1)1.2 单片机的论证与选择 (1)2采样数据理论分析与计算 (2)2.1电阻分布 (2)2.2 数据透视 (3)3电路与程序设计 (5)3.1电路的设计 (5)3.1.1系统总体框图 (5)3.1.2 精密恒流源电路 (5)3.13电源 (6)3.1.4 电路实物图 (7)3.2程序的设计 (7)3.2.1程序框架概述 (7)3.2.2程序设计框架 (8)3.3 低功耗设计 (8)4测试方案与测试结果 (9)4.1测试方案 (9)4.2 测试条件与仪器 (9)4.3 测试结果及分析 (9)4.3.1测试结果(数据) (9)4.3.2测试分析与结论 (10)5 参考文献 (10)附录：部分程序 (11)手写绘图板（G题）【本科组】1系统方案本系统主要由数据采样模块、数据处理模块、显示模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
全国电子设计大赛报告一等奖
2013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】摘要：通过对该测控系统结构和特点的分析，结合现代控制技术设计理念实现了以微控制器MC9S12XS128系列单片机为核心的旋转倒立摆控制系统。
通过采集的角度值与平衡位置进行比较，使用PD算法，从而达到控制电机的目的。
其工作过程为：角位移传感器WDS35D通过对摆杆摆动过程中的信号采集然后经过A/D 采样后反馈给主控制器。
控制器根据角度传感器反馈信号进行PID数据处理，从而对电机的转动做出调整，进行可靠的闭环控制，使用按键调节P、D的值，同时由显示模块显示当前的P、D值。
关键字：倒立摆、直流电机、MC9S12XS128单片机、角位移传感器WDS35D、PD算法目录一、设计任务与要求31 设计任务32 设计要求3二系统方案41 系统结构42 方案比较与选择4（1）角度传感器方案比较与选择4（2）驱动器方案比较与选择5三理论分析与计算51 电机的选型52 摆杆状态检测53 驱动与控制算法6四电路与程序设计61 电路设计6（1）最小系统模块电路6（2）5110显示模块电路设计7（3）电机驱动模块电路设计8（4）角位移传感器模块电路设计8（5）电源稳压模块设计82 程序结构与设计9五系统测试与误差分析105.1 测试方案105.2 测试使用仪器105.3 测试结果与误差分析106 结论11参考文献11附录1 程序清单（部分）11附录2 主板电路图14附录3 主要元器件清单15一、设计任务与要求1 设计任务设计并制作一套简易旋转倒立摆及控制装置。
旋转倒立摆的结构如图1所示。
电动机A固定在支架B上，通过转轴F驱动旋转臂C旋转。
摆杆E通过转轴D固定在旋转臂C的一端，当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。
如下图所示2 设计要求基本要求：①摆杆从处于自然下垂状态开始，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过﹣60°~+60°；②从摆杆处于下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动；③在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近165°位置，外力撤出同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于5s；期间旋转臂的转动不大于90°。
电子方案竞赛一等奖报告手写绘图板罗登覃元元吴旭峰
手写绘图板摘要：设计了一种基于MSP430F149的手写绘图输入设备。
系统以MSP430为主控器，以高精度AD采样电路、精密恒流源电路、微弱电阻测量电路为外围辅助电路，能检测表笔与铜箔的接触，测量触点位置，并实现了手写绘图、显示文字的功能。
系统使用普通覆铜板作为绘图板，利用四线法测量微弱电阻来确定坐标，本系统考虑到低功耗要求，整机功耗1.3W，坐标测量分辨率4mm，绝对误差小于2mm，测量准确、系统稳定，效果比较满意。
关键词：手写绘图板；MSP430 F149；精密恒流源；微弱电阻测量；高精度AD一、系统方案1.1 方案比较与选择微小电阻测量实现方案方案一：大脉冲电流测量法。
产生脉冲电流源，流过普通覆铜板后，通过测量普通覆铜板上的最大压降，确定坐标位置。
方案二：精密直流恒流源测量法。
产生精密恒流源，流过普通覆铜板，产生恒定压降，通过测量电压确定坐标位置。
方案三：精密交流电流源。
产生交流电流输出，流过普通覆铜板后，产生特定频率的正弦电压，通过锁相放大的方法排除噪声的干扰，实现微弱电压信号的提取，进而确定坐标位置。
方案二实现起来较为简单，方案一能够减小功耗，但是脉冲电流可能引入较大的噪声，影响测量精度，而且控制相对复杂，方案三实现起来较为复杂。
考虑到题目中坐标测量分辨率为6mm时，绝对误差不大于3mm，方案二能够满足要求，1.2 系统结构本系统以MSP430为核心处理器，通过对ADC、MOS 开关、12864LCD 显示屏的控制，检测表笔与铜箔的接触，测量触点位置，实现了手写绘图、显示文字的功能，达到手写绘图板的基本技术要求。
如图1所示，本系统主要由电压信号调理电路、高精度AD 采样电路、精密恒流源电路、MSP430处理模块和12864 LCD 显示屏构成。
由精密恒流源输出1A 的恒定电流，通过开关控制电流流入普通覆铜板的方向，将表笔两端的压降通过INA118仪表放大器将mV 级电压信号放大至V 级，之后经过ADS8317采样，经过MSP430处理，将对应的坐标值以及图形、文字显示在LCD 屏上。
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3 系统硬件设计................................................................................................................................ 6 3.1 系统的总体设计................................................................................................................ 6 3.1.1 设计思想................................................................................................................ 6 3.1.2 设计步骤................................................................................................................ 6 3.1.3 系统电路原理框图................................................................................................ 7 3.2 模块电路的设计及参数计算............................................................................................ 7 3.2.1 触摸板模块............................................................................................................ 7 3.2.2 DC-DC 模块............................................................................................................ 7 3.2.3 电源滤波模块........................................................................................................ 8 3.2.4 恒流源模块............................................................................................................ 9 3.2.5 差分放大模块........................................................................................................ 9 3.3 坐标点测量方法.............................................................................................................. 10 3.4 发挥部分的设计与实现.................................................................................................. 11 3.4.1 低功耗设计.......................................................................................................... 11 3.4.2 提高分辨率.........................................................................................................刚
1
摘要：
本作品是基于覆铜板设计制作的手写绘图输入设备，设备用一根普通表笔连 接到电路，表笔与铜板表面接触，检测表笔与铜箔的接触，并测量触点位置。基 本原理是恒流源通过表笔输出到铜板，铜板四角连电阻接恒流源反馈端形成电桥。 放大对角线差分信号，使用单片机做 AD 采集，进行曲线拟合得到坐标并显示， 实现定位、绘图、写字的功能。
2 方案比较........................................................................................................................................ 3 2.1 降压电源方案比较............................................................................................................ 3 2.2 恒流源方案比较................................................................................................................ 3 2.3 信号放大方案比较............................................................................................................ 4
Keywords：
Copper-clad Plate, Drawing, Differential Voltage Amplifier, Curve Fitting
2
1
目录
1 设计任务与技术指标.................................................................................................................... 1 1.1 设计任务............................................................................................................................ 1 1.2 技术指标............................................................................................................................ 1 1.2.1 基本要求................................................................................................................ 1 1.2.2 发挥部分................................................................................................................ 2 1.3 题目分析............................................................................................................................ 2
The technical rationale behind the design is that four corners of the copper-clad plate connected to four resistors together with the reference port of constant current source form an electrical bridge. By applying curve fitting to the data processed by MCU and displaying them in the coordinate, the device supports positioning, drawing and writing.
5 系统测试...................................................................................................................................... 13 5.1 测试方案.......................................................................................................................... 13 5.2 测试环境.......................................................................................................................... 13 5.3 测试结果.......................................................................................................................... 13 5.3.1 基本要求测试...................................................................................................... 13 5.3.2 发挥部分测试...................................................................................................... 14 5.4 误差分析.......................................................................................................................... 14