全国大学生电子设计大赛本科组手写绘图板论文(备份)要点

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1、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III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15目录1系统方案31.1铜板测试电源的论证与选择31.2MCU和AD采集电路的设计的论证与选择31.3显示模块

2、的论证与选择41.4系统结构42系统理论分析与计算52.1坐标点测量方案52.1.152.1.252.1.352.2误差的计算与分析52.2.1XXX52.2.2XXX62.2.3XXX62.3低功耗设计62.3.1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。62.3.2XXX62.3.3XXX63电路与程序设计63.1电路的设计63.1.1系统总体框图63.1.2恒流源子系统电路

3、原理图73.1.3差分放大子系统电路原理图83.1.4电源模块电路原理图83.2程序的设计93.2.1程序功能描述与设计思路93.2.2程序流程图94测试方案与测试结果114.1测试方案114.2测试条件与仪器114.3测试结果及分析114.3.1测试结果(数据)114.3.2测试分析与结论12附录1：电路原理图13附录2：源程序1415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。1.1手写绘图板坐标检测方法论证与选择手写绘图板的触控部分是一块普通的覆铜板，为了达到检测触控笔坐标

4、的目的，可以在铜板上加入一定的电压或者电流，通过检测笔来获取电信号并将信号传输到电路中进行分析得出相应的坐标，方案分析如下：方案一：给铜板施加恒压源，通过两次测量电压，由等势线交点课得出相应表笔坐标位置。但是由电阻计算公式R=ρ*L/S，铜板电阻率为0.017593（Ω·mm2/m），并且L较小，S较大。可得知铜板电阻非常小。题目给出电压为12V，则其电流很大。并且由公式P=U^2/R，可得功率会较大，甚至有可能烧毁铜板，无法满足要求。方案二：给铜板施加恒流源，由P=I^2*R，因为铜板的电阻非常小，则其相应的功率也是比较小的，能够满足题目要求，由欧姆

5、电律U=R*I，由于R很小，则其电压变化也是很小的，因而对于该微小的电压信号的采集是重点。基于题目低功耗并结合实际情况考虑，最终选择方案二。1.2MCU和AD采集电路的设计的论证与选择方案一：MCU控制采用STM32芯片来设计，利用集成运放将微小的电压信号进行放大之后利用STM32内部自带12比特的ADC转换器进行电压采集。方案二：采用24比特的ADC转换器直接进行电压信号的采集。经过分析与搭接电路验证之后得出了12bit的ADC最大分辨率是：3.3/(2^12)V=0.806mV，而经过实践得出表笔在铜板上相距10mm之间的电压经过LM324运放放大

6、后的信号最小分辨率也仅仅是1.5mV-2mV之间，这个数量级与我们的12比特的ADC的分辨率几乎是在一个数量级的，对于我们的实际设计来说是不太适合的。而24bit的ADC的分辨率为3.3/（2^24）=0.197uV,这个数量级对于测量铜板上10mm之间的微弱电压信号是有可能实现的。15经过分析我们最终选择了使用C8051F350芯片来，并利用其内部自带的24bit的ADC进行信号采集，其内部ADC框图如下图所示：其内部有个PGA可编程增益放大模块可以对所要采集的信号进行放大,再进行信号的采集，之后再进行SINC滤波得出综合以上三种方案，选择方案三。1

7、.3显示模块的论证与选择方案一：使用LCD-1602显示屏。优点：功耗小，显示数字与阿拉伯字母等字符，编程难度较低。缺点：屏幕较小，在实现功能画圆以及实现显示汉字等功能上存在明显缺陷。方案二：使用LCD-12864显示屏。优点：带有汉字、图形、显示内容更为丰富，并且有助于调试程序。缺点：编程难度较高，价格昂贵。综合考虑采用本次比赛要求显示坐标与画圆。选择方案方案二1.4系统结构系统结构如下图所示，由恒流源、C8051F350最小系统、电源模块、LM324差分放大模块组成。15图xx系统结构2系统理论分析与计算2.1坐标点测量方案2.1.1总体思路：如下

8、图所示，图中取B点为电势零点，若在A点为高电势点并把AB两点当成两个等量的异种电荷则会在铜板上