基于普通覆铜板的手写绘图板系统设计(我的G题)

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13全国大学生电子设计大赛本科组手写绘图板论文

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。

手写绘图板电子设计大赛报告

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。

手写绘图板的设计与实现

手写绘图板的设计与实现

手写绘图板的设计与实现作者:蓝良生来源:《消费电子·理论版》2013年第10期摘要:绘图板系统以ADuC824单片机为控制核心,通过铜板上不同的坐标位置电阻存在微小的差值电阻对恒流源分流,并利用放大电路对电流进得放大,得到和微电阻成正比的电压,对各路电压进行AD采集并算出触点的位置,进而实现精确的手写绘图功能,并能用12864液晶显示其坐标的位置,最终能够确定其位置的坐标并精确显示。

关键词:绘图板;DuC824单片机;恒流源;12864显示;分流法中图分类号:TP317.4 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2013) 20-0000-02一、系统方案和各模块的设计本系统主要由控制处理模块、显示模块、电源模块、采集模块、恒流源模块,如图1所示。

在系统中,恒流源模产生一个恒主流源,为采集模块提供一个恒定的电流,在采集模块中,铜板的四个角和触笔分实现电流分流,控制处理模块通过模拟开关分别测量各个测量点的电压,经过分析,得出触笔所在的位置,并通过显示模块显示。

(一)主控制处理模块的设计考虑到本设计的运算量和显示问题,主控制处理电路采用ADuC824为核心,构建一个具有A/D读数和坐标显示的控制处理电路ADuC824子系统框图如图2所示。

最小系统使用的晶振为32.768MHz,是用美信公司的MAX202作为下载仿真芯片,系统的供电为12V~15V。

(二)采集模块电路设计由于覆铜板表面的电阻很小,表笔和四个角之间的电压不能直接测量,只能通过间接测量,本设计利用覆铜板不同的方位电阻不同,虽然它们之间阻值绝对值相差较小,但是阻值比变化相对而言是比较大的,所以可用分流法,求出其阻值的相对值,电路如下图3所示。

在电路中,R5远大于四个三极管的rbe,当表笔还没有触到覆铜板时,R5两端的电压比较大,当表笔触到覆铜板时,其上电压变小,可能作为检测表笔是否触覆铜板的依据。

在表笔还没有触到覆铜板时,由于四个三极管的基都没有电流,所以待测点1、2、3、4点的电压等于Vss,当当表笔触到覆铜板时,由于从电表笔到四个角的电阻不同,四个三极管的基极电流和基极到表笔的阻值近似成反比,设计时设置R1、R2、R3、R4阻值相等,所以待测点1、2、3、4点对地的电压绝对值和四个三极管基极到表行笔的阻值成正比,再通过运放电路放大,由控制处理模块分别测出它们的电压值,算出想对的位置。

电子方案竞赛一等奖报告手写绘图板罗登覃元元吴旭峰

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。

手写绘图板论文

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】参赛队号:301302392013年9月6日摘要本次大学生电子设计大赛,我们组选择的是手写绘图板,任务是利用普通的PCB覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。

通过表笔与覆铜板接触,并测量接触点位置,进而实现手写绘图功能。

最初我们的思路是通过测量电阻的变化,来确定表笔在铜板上的位置,但是由于铜板的电阻太小,电阻的变化实在太小,根本无法测量,所以行不通;我们又用了惠斯通电桥的方法,电阻的变化任然太小,该方案任然行不通。

最后我们在试验的过程中偶然发现对铜板加高频信号,表笔在铜板上滑动的过程中,示波器上显示的电压值有相对明显的变化,毫伏级别的。

询问老师后,知道可能是长线原理的原因。

我们就通过这里发现对信号进行放大滤波等变处理,将信号转化成我们能够采样的信号,然后STM32单片机对数据进行处理,在TFT彩屏上作相应的显示。

关键词:高频信号惠斯通电桥STM32单片机TFT彩屏目录1引言 (1)2系统方案 (1)2.1 控制系统的论证与选择 (2)2.2 LCD显示模块的论证与选择 (2)2.3 硬件的设计 (3)2.3.1高频信号模块的设计 (3)2.3.2高频运放模块的设计 (3)2.3.3乘法器模块的设计 (3)2.3.4电源的设计 (3)2.4 程序的设计 (4)2.4.1程序功能描述与设计思路 (4)2.4.2程序流程图 (4)3 设计实现 (5)3.1 坐标点测量方法 (5)3.2 信号的处理 (5)4 测试 (5)4.1测试方法 (5)4.3 测试条件与仪器 (5)4.4 测试结果及分析 (6)4.5.1测试结果(数据) ..................................................................... 错误!未定义书签。

5 结论 (6)附录1:电路原理图 (7)附录2:源程序 (8)手写绘图板(G题)【本科组】1引言本次大学生电子设计大赛,我们组选择的是手写绘图板,任务是利用普通的PCB 覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。

2013年全国大学生电子设计大赛—手写绘图板

2013年全国大学生电子设计大赛—手写绘图板

手写绘图板摘要:本系统以单片机MSP430F169为控制核心及数据处理核心,采用开关电源提供系统电压,采用可编程差动放大器ZMD31010作为提高覆铜板微电压增益的核心器件,设计并制作了一个手写绘图输入设备。

ZMD31010构成覆铜板上微电压的调理放大电路,通过单片机进行电压采集,再结合电学定位的方法确定覆铜板上表笔接触的位置,最终以数字形式显示接触点的坐标值。

本系统实现了对表笔触点坐标值的跟踪,分辨率可达到6mm以内,基本完成了显示表笔移动轨迹等功能。

测试结果表明,系统具有结构简单,定位精确,灵敏度高的优点。

关键词:可编程差动放大器调理放大开关电源一、方案比较与选择1、数据处理和控制核心选择方案一:采取MCS51单片机作为控制中心,51系列单片机的发展已有较长的时间,应用比较广泛,各种技术都比较成熟,但此系列单片机是8 位机,运算速度慢,片内资源少,存储容量小,难以存储大容量的程序和实现快速精准的计算、控制、反应。

方案二:采取单片机MSP430F169作为主控,MSP430f169单片机TI推出的超低功耗16位的处理器,其内部资源非富,具有体积小、功耗低等诸多特点,使用方便,性价比高等诸多优点。

根据题目要求和实际需要,采用方案二。

2、覆铜板电学定位方案设计与选择方案一:采用对覆铜板对角接线定位法。

给覆铜板对角端一定的电压,根据表笔在覆铜板上的接触所得的电压画出等势线进行定位。

仿真如图1所示。

覆铜板边缘部分等势线分布相对密集,中心部分分布稀疏,这样定位就会有较大的偏差,精确度差,且实现复杂。

方案二:采用对覆铜板平行端接线定位法。

给覆铜板平行两端一定电压,同样根据表笔在覆铜板上的接触所得的电压画出等势线进行定位。

仿真如图2所示。

覆铜板等势线呈均匀分布状态,定位精确度高,且实现简单。

综上所述,采用方案二。

图1 图23、信号调理与放大方案设计方案一:采用差动放大电路。

采用仪表运放INA128搭建的差动放大电路,此方案需采用双电源供电,外围电路设计相对复杂,调试繁琐,需多级连调,且电路稳定性差,容易失调。

基于STM32手写绘图板的设计

基于STM32手写绘图板的设计
技 术 的快 速 发 展 ,手 写 绘 图 板 在 教学 和 生 活
中 的应 用越 来 越 广 泛 。 目前 市 面 上 大 多 数 的手 写 绘 图 板
虽 然 精 度较 高 ,但 价 格 较 昂 贵 ,操 作 复 杂 ,显 示 不 方 便 ,而
且 在 很 多 场合 对 手 写 识别 精 度 要 求 不 高 。 因 此 操 作 简 单 、
价 格 低 廉 、携 带 方 便 的 手 写 绘 图 板 有 广 泛 的 应 用 需 求 空
间 。本 文介 绍 了一 种 手 写绘 图 板 系 统 的设 计 ,采用 STM32
高性 能 处 理 器 作 为 核 心 控 制 芯 片 ,显 示 器 选 用 TFT真 彩
液 晶 ,实 时性 高 ,人 机 界 面友 好 。 该 系 统 具 有操 作 简 单 、
液晶显 示屏 上进 行显 示。运 行结 果表 明 ,该 系统 可 以正确识 别手 写输入 的图形和 文 字。
关 键 词 :STM32F103;微 信 号 放 大 ;恒 流 源 ;手 写 绘 图 板
中 图 分 类 号 :TN741
文 献 标 识 码 :A
DOI:10.19358/j.issn.1674—7720.2016.09.029
携 带 方 便 、测 量 快 速 、性 价 比高 等 优 点 。
1 手 写绘 图板描 点原 理
覆 铜 板 的 一 条对 角 线 端 点 A 和 D 接 正 ,另 一 条 对 角
线 c和 B接负 ,检测表笔触点 电压 ,记录 数据 M。然后单
片机 控 制 MOS管 开 关 切 换 成 A 和 D接 负 ,B和 c接 正 ,检
2.College of Mechanical and Electrical Engineering,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China)

电赛G题手写绘图板论文

电赛G题手写绘图板论文

2013 年全国大学生电子设计竞赛论文手写绘图板(G题)【本科组】学校:****指导教师: ***参赛者: *********手写绘图板的设计与制作摘要:本设计目的得到一个较为精确的手写绘图板,我们通过一个恒流源接入覆铜板并将八个精密电阻引入,当触摸笔接触到覆铜板任意一个位置时便会检测到一个小电压信号,通过这一原理我们在覆铜板上通过表笔的移动采集差分信号,差分信号有助于信号传输,我们将采集到得信号进行电压跟随以提高电路带负载的能力从而得到较为稳定的小电压信号,再进行前置高精度较高增益放大并通过低通滤波然电路后进入电压跟随电路从而得到更稳定的信号并提高信号准确度及性价比。

被放大的电压信号被高精度的AD采集,经过51单片机的处理得到信号数据并将处理的信号显示到液晶上,从而实现实时显示表笔的位置坐标的要求及其他的显示要求。

关键词 : 差分放大信号处理 AD转换 TFT液晶Abstract:The purpose of this design to get a more accurate handwritten drawing board, We by a constant current source access copper clad and introduces eight precise resistance,When the stylus in contact with the copper clad an arbitrary position will be a small voltage signal is detected, By this principle we move through the pens and the collection on copper clad difference signal,The differential signal helps signal transmission,We will have to follow in order to improve the signal voltage collected circuit on load capacity and relatively stable small voltage signal is obtained,and then to lead high precision but high gain amplifier and low-pass filter circuit after entering voltage follow circuit in order to get more stable signals and improve the accuracy and cost performance.Be amplified voltage signal is high precision AD sampling,After a 51 single-chip processing get signal data and signal display on the LCD,So as to realize the requirement of real-time display pens and position coordinates and other display requirements.Keywords : The differential amplifier The signal processing The AD conversion TFT LCD目录设计要求 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 基本要求 (5)1.3 发挥部分 (5)主控系统设计与模块方案选择 (5)2.1 单片机控制系统选取 (5)2.2 模块选择与实现 (6)3.1 系统总体框图 (12)程序模块设计控制系统程序模块流程框图设计 (15)测量方法与分析 (16)4.1 实时显示触点 (16)4.2 点坐标测量及显示 (16)系统测试与低功耗设计 (17)5.1 测试方案 (17)5.2 测试结果和误差分析及改进 (19)5.3 低功耗设计 (21)设计总结 (21)参考文献 (22)附录 (23)6.1 元器件明细 (23)6.2整体系统组成原理图 (24)6.3 主要PCB版图 (26)6.4 程序源代码 (27)设计要求1.1 设计任务利用普通PCB覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。

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模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用, 使得芯片的模拟电压输入在 0~5V 之间。芯片转换时间仅为 32μS,具有双数据输出可作为数据校验,以减少数据误差, 转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入,使多器件挂接和处理器控制变的更加 方便。通过 DI 数据输入端,可以轻易的实现通道功能的选择,但是,它的每一级可以 分辨出的电压最小值约为 19mV,不能满足系统对处理微小信号的要求。 方案二:TLC1549 TLC1549 是一个 10 位开关电容器,逐次逼近型的 AD 转换器。这个芯片有 2 个数字 输入端,1 个三态输出口(CS),1 个 I/O CLOCK 端口和 1 个数字输出端(DATA OUT), 可以实现一个三总线接口到总控制器的串行口的数据传输。不过,它的最小参考电压为 2.5V,10 位分辨率,每一级可分辨的电压最小值约为 2.44mV,仍然不能满足我们系统 的要求。 方案三:TLC2543 TLC2543 是 12 位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成 A/D 转换过程。 由于串行输入结构, 价格适中, 分辨率较高, 因此在仪器仪表中有较广泛的应用。 TLC2543 的特点是: 1)12 位分辨率; 2)转换时间为 10us; 3)11 个模拟输入通道; 4)3 路内置自测试方式; 5)有转换结束输出 EOC; 6)可单、双极性输出; 7)可编程输出数据长短。 最重要的是, 它可以在 2.5V 的参考电压下, 每一级分辨的电压最小值约为 0.610mV, 能满足系统基本要求。 信号处理模块,如图三:
2
控制与显示模块组成框架,如图二:
LCD12864
STC89C52
按键
图二、控制与显示模块组成框架
1.2 信号处理模块的论证与选择
1.2.1 运算放大器选择 方案一:LM324 LM324 是四运放集成电路,内部包含四组形式完全相同的运算放大器,相互独立,它 采用 14 脚双列直插塑料封装。直流电压增益高,单位增益频带宽,电源电压范围宽, 低功耗电流,适合于电池供电,低输入偏流。但是,它的输入失调电压最大值为 7mV, 不满足我们需要处理的信号要求。 方案二:AD8065 AD8065 放大器为电压反馈型放大器,是单路放大器,提供 FET 输入,性能出色, 易 于使用,工作噪声极低,输入阻抗非常高。其具有成本低,低噪声,宽电源电压,单电 源,轨到轨输出,其失调电压较低,最大值为 1.5mV。 方案三:OP07 OP07 芯片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于 OP07 具 有非常低的输入失调电压,所以 OP07 在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07 同 时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点, 这种低失调、 高开环增益的特性使得 OP07 特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。其最低输入失调电压, 最大值为 75uV。 因为我们需要采集的信号非常微弱,需要最低输入失调电压很小的运算放大器,通 过对比,我们选择方案三,OP07。 1.2.2 模数转换 ADC 芯片选择 方案一:ADC0832 ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片, 其最高分辨可达 256 级, 可以适应一般的
2013 年全国大学生电子设计竞赛广东赛区 设计报告封面
作品编号:
(由组委会填写)
…………………………)
参赛队编号
(参赛学校填写)
学校编号 2 9
组(队)编号 1 3 G
选题编号


1. 为保证本次竞赛评选的公平、公正,将对竞赛设计报告采用二次编码; 2. 本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订; 3. “作品编号”由组委会统一编制,参赛学校请勿填写; 4. “参赛队编号”由参赛学校编写,其中“学校编号”应按照巡视员提供的组 委会印制编号填写, “组(队)编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排, “选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写,例如: “0105B”或“3367F” 。 5. 本页允许各参赛学校复印。
III
手写绘图板(G 题) 【本科组】
1 系统方案分析
根据题目要求, 制作一个手写绘图板, 需要利用普通 PCB 覆铜板和一支普通的表笔。 普通覆铜板的尺寸为 15cm×10cm, 板的四角用导线连接到电路, 用一根普通表笔连接到 电路。该绘图板系统,能够在表笔接触覆铜板的时候,给出提示并显示该点的坐标。 发 挥部分要求,系统能够跟踪表笔的动作,显示绘图轨迹,能够显示文字,要求高分辨率、 低功耗、绘图速度较快。 通过对这个题目的分析,我们设计的系统包括了四部分: 1)手写输入模块; 2)信号处理模块; 3)显示与控制模块; 4)供电模块。 系统框图如图一所示:
II


1 系统方案分析.................................................1 1.1 控制与显示模块的论证与选择.................................2 1.1.1 控制芯片选择.............................................2 1.1.2 电路板方案选择...........................................2 1.1.3 显示模块选择.............................................2 1.2 信号处理模块的论证与选择...................................3 1.2.1 运算放大器选择 ..........................................3 1.2.2 模数转换 ADC 芯片选择.................................... 3 1.3 手写输入模块的论证与选择................................... 4 1.3.1 覆铜板接线电路的设计......................................4 2 系统理论分析与计算............................................5 2.1 普通覆铜板的阻值测量与分析..................................8 2.2.对 ADC 芯片的要求与分析......................................8 2.3 抑制直流零点漂移............................................8 2.4 放大器稳定性................................................8 3 电路与程序设计................................................9 3.1 电路的设计..................................................9 3.1.1 系统总体框图..............................................9 3.2 程序设计部分................................................9 4 测试方案与测试结果............................................11 4.1 测试方案....................................................11 4.2 测试条件与仪器.............................................11 4.3 测试结果及分析.............................................11 4.3.1 测试分析与结论..........................................14 5.总结.........................................................14 参考文献.......................................................15 附录 1:电路原理图..............................................16 1 中央控制电路.................................................16 2 放大控制电路&驱动电路........................................17 3 电源稳压电路.................................................18 附录 2:部分源程序..............................................19 附录 3:主要元器件明细..........................................25
I


本系统以单片机为控制核心,分成四个部分,包括手写输入模块、信号处理 模块、显示与控制模块和稳压供电模块。首先,通过稳压电源给普通覆铜板供 电,通电后,当表笔触到铜板,检测触点电压值,信号经过两个运算放大器, 二级放大一百倍,信号放大后输入到 ADC 模数转换芯片,最后,ADC 芯片输出的 数字信号输入到单片机中,经过单片机的处理在 LCD 液晶屏上显示,通过按键 控制工作模式。程序设计中,运用了中位值平均滤波法,可消除由于脉冲干扰 所引起的采样值偏差,使采集到的信号更稳定。本设计采用了低失调电压的运 放芯片、高精度的 ADC 芯片和稳定的电压源,这样可以确保微弱的信号经过放 大和模数转换后能被单片机处理并显示。 关键字:手写绘图板、模数转换、中位值平均滤波法
图一、系统组成框图
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1.1 控制与显示模块的论证与选择
1.1.1 控制芯片选择 方案一:ARM7 ARM7 是低电压,通用 32 位 RISC 微处理芯片,基于亚微米的制程,速度快,功耗低, 较高的时钟,程序执行快。适用于对电源比较敏感的应用中,快速中断响应,支持高级 语言,简单但功能强大的指令系统。 方案二:STC89C52 STC89C52 单片机作为控制芯片,它具有可靠性高、价格低、低功耗、无法解密、 稳 定性好等特点。其最高时钟频率为 0-80MHz,8K 字节 Flash 程序存储器,512RAM 数据存 储器,32 位 I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,3 个 16 位定时器/计数器,8 个 中断源,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。 我们考虑到本题对转换速度的要求不是很高,不需要运算速度太快的芯片,而重点 在小信号的处理上,加上 STC89C52 单片机价格低,为了能节省更多时间,把时间放在 信号处理模块,我们选择较为简单的方案二,STC89C52 单片机作为系统的主控芯片。 1.1.2 电路板方案选择 方案一:使用万用板 在万用板上搭建单片机最小系统。可快速搭建最小系统,易于修改和更换零件,很 容易发现硬件的问题,灵活性高,耗时少,但是不能统一标准,相同的电路可能有较大 差异。 方案二:使用单片机最小系统 直接使用现成的单片机最小系统开发板。由于开发板上设计比较复杂,不同的端口 连接了不同的器件,可能会影响电压输出,若板上的元器件出现问题,需要大量时间来 检查硬件,较难发现问题。 方案三:自制印刷电路板(PCB 板) 制作 PCB 板可以重复使用相同的布局,具有重复性和一致性,减少了不线和装配的 差错,节省了设备的维修、调试和检查的时间,不线密度高,体积小。 因为需要处理的信号较微弱,为了减小两块设计相同的电路板之间的差异,需要用 标准化的,可重复制作的电路,所以我们选择设计制作能标准化的方案三,自制印刷电 路板。 1.1.3 显示模块选择 方案一:LCD1602 液晶显示屏 常用的 LCD1602 液晶显示屏为 5V 电压驱动,带背光,可显示两行,每行 16 个字符, 不能显示汉字,内置含 128 个字符的 ASCII 字符集字库,只有并行接口,无串行接口。 方案二:LCD12864 液晶显示屏 LCD12864 液晶使用 ST7920 控制器,5V 电压驱动,带背光,内置 8192 个中文汉字 (16X16 点阵)、128 个字符(8X16 点阵)及 64X256 点阵显示 RAM(GDRAM)。与外 部 CPU 接口采用并行或串行两种控制方式。 考虑到需要显示坐标、文字,需要显示表笔的轨迹,显示一个圆的轨迹,我们选择 屏幕尺寸较大,分辨率较高,可显示汉字的方案二,LCD12864 液晶显示屏。
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