毕业论文--手写绘图板的设计

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1、手写绘图板的设计屈恺（渭南师范学院物理与电气工程学院电气工程及其自动化10级3班）摘要:介绍了一种用普通覆铜板制作的手写绘图板，采用四引线法来测量微小电阻，用恒流源进行供电，并用AD623将微小的电压信号进行放大、滤波，采样，将信息送给单片机中，进行数据处理，最终通过液晶屏显示出表笔与接触点的具体的坐标值。关键词:覆铜板;恒流源;绘图板;手写绘图板作为手机计算机等产品的输入设备，可以输入人们所需的字符数字等信息，因此手写绘图板是计算机中不可缺少的设备之一。目前，市场上现有的手写绘图板大多结构复杂、价格昂贵。因此，本次设

2、计提出一种结构简单且操作方便的手写绘图板，具有方便携带，方便接线，成本较低等优点，适合大面积推广。1设计原理利用普通PCB覆铜板设计制作手写绘图输入设备。普通覆铜板大小尺寸为10cm15cm，其四脚用导线连接到电路，一根带导线的普通的万用表表笔作为手写笔。表笔可与覆铜板表面任意位置接触，当电路检测到表笔与铜箔的接触时，测量触点位置，进而实现手写绘图的功能,手写绘图板中覆铜板部分接线图如图1所示。图1覆铜板实物接线图当表笔在覆铜板上移动时，笔尖与覆铜板上四个电极的距离不断发生改变，因此，笔尖到四个端点的电阻值也随之发生变

3、化，等效电路如图2所示。12图2覆铜板等效电路图确定表笔在覆铜板上的位置，实际是确定表笔到四个端点的电阻值，覆铜板的阻值非常微小，测量小电阻有大脉冲电流测量微小电阻法、低频交流电流测量小电阻法和恒流源测量小电阻法。大脉冲电流测量微小电阻法，由于需要测量的电阻在µΩ级别，为了保证测量的准确度，信噪比就应该较大，也就是电阻上流过的电流很大。同时还要考虑到电阻的负载效应。电阻的阻值和温度呈线性关系，电阻的温度又与通过电阻的电流及时间有关。理论上，电流越大越好，脉宽越小越好。但实际中，随着电流的增大，对测量装置要求就越高，而随

4、着脉宽的减小效果越好，实现起来却更加困难。另外，电流的打开时间应该严格控制，在采集系统做好准备之后再开启，否则将对被测电阻造成伤害。低频交流电流测量小电阻法，其原理是信号的互相测量，将频率1Hz，电流为1A的低频恒流信号通过被测电阻，得到频率相同相位不同的两低频信号。由于噪声与参考电压互不相关，两信号先相乘然后在积分，得到输出电压值与被测信号分度、参考信号幅度及他们的相位有关，而与噪声无关。由它的原理可知，由于噪声互不相关，且功率谱密度是等能量分布，经过无限长的时间取平均值为0。但在实际电路中时间T不可能趋于无限大，输

5、出电压中仍含有噪声。所以要提高测量准确度就要增加测量时间T，这样不利于实际测量。恒流源测量小电阻法，其原理是给微小电阻通过较大电流，转化成电压信号，再将电压信号进行放大，从而实现微小电阻的测量。法三相比于前两种方法，其测量思路简单，清晰，且更加容易实现[1]。设表笔与覆铜板上的接触点与覆铜板的端点的等效电阻，其两端电压为差分输入电压，则有，（1）12在经过差分放大电路放大后，用A/D采集放大后的电压值，则有，（2）处理器采样得到的数值，（3）理论计算可知，选择合适的电阻值和电压放大倍数，尽管电阻的变化十分微小，系统依然

6、可以分辨出来表笔与覆铜板接触点的位置。综合考虑电路的功耗、成本以及可行性，选择恒流源测量微小电阻法，系统框图如图3所示。图3系统框图系统由MSP430149F149控制部分（带A/D），继电器部分，信号处理部分，分辨率为128*64的液晶显示部分以及有关的外围电路组成。采样分为纵向采样和横向采样，首先启动继电器模块，然后让表笔在覆铜板上点动时，接着检测微小电阻上通过一定电流后的电压，通过放大后，利用处理器自带的A/D对覆铜板的一角与表笔间电阻上电压采样，然后切换继电器，进行横向采样，在进行上述步骤，将两次的采样数值，与

7、预先存入的采样值作比较，从而确定坐标。在判定坐标时，需要做大量的数据处理工作，且在软件中做一定的补偿[4]。2电路设计2.1恒流源电路本次设计中的恒流源电路、电压比较电路均采用的是LM358芯片，它的特点是低失调、低噪声、低漂移，广泛用于直流增益模组、精密仪器放大器、传感放大器、工业控制等场合。其内部包括两个单独的、高增益、内部频率补偿双运算放大器，适应于电源电压范围很宽的单电源，也适合于双电源工作模式。特性：·内部频率补偿。12·直流电压增益高（约100dB）。·单位增益频带宽（约1MHz）。·电源电压范围宽，单电源

8、（3~30V），双电源（±1.5~0±15V）。·低输入失调电压和失调电流。·共模输入电压范围宽，包括接地。·差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。采用恒流源供电，覆铜板的电阻等效为，恒流源电路如图5所示。图5恒流源电路该电路是一个常用的恒流源电路，这种电路可以得到稳定的电流值，为取样电阻，是一个参考电压。恒流源电路工作原理，给定