2013年全国大学生电子设计大赛—手写绘图板

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1、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

2、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

3、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

4、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。方案二：采用可编程差动放大器。采用可编程信号处理器ZMD31010进行信号调理放大，可实现微信号调理，与高增益输出，易于MCU采集处理。且该芯片采用单电源供电，通过编程烧录可实现固定增益，外围电路设计简单，使用方便，性价比高。综上所述，采用方案二，电路集成度高，控制方便，易于处理。二、系统总体方案框图设计系统可分为切换电路部分，调理放大部分和数据采集部分。整体框图如图3所示。总体方案描述：本系统采用单片机MSP430F169作为数据处理和控制核心。恒压源信号

5、提供电压供给覆铜板，单片机通过继电器切换电路实现电源端与地线的选择，从而控制覆铜板上的电压分布，使覆铜板上各点有其特定的电压值，通过调理放大电路对覆铜板上的的信号进行放大处理，大大提高了系统的精度和可控性。用MSP430F169内部ADC对直流偏置电压采样，通过A/D转换器得出覆铜板上各点对应的调节电压，从而确定铜板上各点对应的坐标值。图3系统总体框图三、理论分析与计算1、坐标点测量方法与参数计算根据系统的构成框图将整个系统抽象为如图4所示的数学模型。根据覆铜板四个端点B，C，E，F间的电压值确定铜板内任意点A的坐标值。令B,C所在的直线为

6、横坐标，B,E所在直线为纵坐标。设B，C两点间的电压为，A点电压为,将A点映射到D点，则=。图4覆铜板模型由电压值与距离之间的线性关系知，要确定A点横坐标即确定D点所在B，C之间的位置。因而有：和可测得，根据B，C之间的距离便可确定D点位置，因而B,D之间距离便是A点横坐标值。同理利用继电器切换将B,C端接电源，E,F端接地，利用同样的原理便可测得覆铜板内任意点A的纵坐标值。四、硬件电路设计1、电压源模块电路电压源电路的核心器件是GM6155集成稳压芯片，其输出纹波小，精度高。本设计采用单电源供电，其输入电压为12V，输出电压稳定在5V，将

7、其串联一电阻接入覆铜板，提供覆铜板稳定的电压。组成电路如图5所示。2、继电器切换模块电路继电器切换模块通过控制覆铜板接线端的电压切换，达到X、Y轴定位切换的目的。此模块采用12V电压供电，控制信号由单片机产生。本电路设计简单，控制灵敏。组成电路如图6所示。图5电压源电路图6继电器切换电路3、开关电源模块电路开关电源电路以LM2576稳压芯片作为核心器件，此设计电路为实现系统低功耗图7开关电源电路五、系统软件设计本系统软件设计部分基于MSP430F169单片机平台，主要完成继电器切换电压、差动放大电路的调理放大功能、按键处理和显示控制等。其采

8、用结构化程序设计方法，功能模块各自独立。程序流程图如图7所示：图7软件流程图六、系统测试与分析6.1测试仪器示波器MSO2024、万用表DT9503B6.2测试方案（1）6.3测