手写绘制板论文.docx
《手写绘制板论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《手写绘制板论文.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
手写绘制板论文
2013年全国大学生电子设计竞赛
手写绘制板（G题）
【本科组】
2013年9月4日
摘要
关键字：
ABSTRACT
目录
第一章方案比较与设计1
1.1测量阻值的方案选择1
1.2恒流源电路的方案选择1
1.3开关电源的方案选择2
1.4显示电路的方案选择2
第二章硬件电路3
2.1恒流源电路3
2.2H桥电路4
2.3开关电源电路5
2.4小信号放大电路6
第三章系统理论分析与计算7
3.1XX的分析7
3.2XX的计算7
第四章软件设计8
4.1软件实现功能综述8
4.2主程序流程图设计8
第五章测试方案与测试结果9
5.1测试方案9
5.2测试条件与仪器10
5.3测试结果分析10
5.3.1测试结果10
5.3.2测试分析与理论11
第六章总结12
参考文献13
附录14
附录一整体电路原理图14
附录二系统操作说明14
附录三主要程序清单14
附录四元器件明细表14
附录五仪器设备清单14
附录六PCB图15
附录七电路实物图16
手写绘制板（G题）
【本科组】
第一章方案比较与设计
1.1测量阻值的方案选择
覆铜板的坐标确定，需要根据覆铜板的阻值的大小，但覆铜板的阻值很小，为准确确定电阻，所以设计以下方案：
方案一：
测电压，通过分2组测量4个角落的电压，与表笔电压进行比较。
采用此方案精度高，缺点是比较麻烦，测量得出的是电压值，要进行换算。
但铜板阻值的精度为mΩ级。
，
方案二：
采用万用表，万用表电阻档直接测量即可，简单易行。
但是要求万用表的精度比较高，很难达到。
综合以上两种方案，选择方案一。
1.2恒流源电路的方案选择
A/D采集时为防止有电流进入，而且需要给H桥提供恒定电流。
所以设计以下方案：
方案一：
采用两只同型三极管，利用三极管相对稳定基极电压作为基准。
这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，成本低。
缺点是不同的工作电流下，电压也会有一定的波动。
方案二：
采用基准源TL431，整个电路的电流的数值可以自由控制，而且它结构简单，精度好，有很好的温度稳定性，能夠提供稳定的静态特性。
此设计的精度要求比较高，因此采用方案二。
1.3开关电源的方案选择
整个电路需要一个单12V电源供电，来保证电路的运行，所以设计以下方案：
方案一、采用LM7812电源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。
但是上电后发热严重，需要加散热片，所以效率比较低。
方案二、采用三端稳压电源电路，该方案结构简单，使用方便，干扰和噪声较小。
数字电位器误差较大，控制精度不够高。
所以否定了这种方案。
方案三、采用LM2596开关电源电路，具有很好的线性和负载调节特性,输出电压稳定可调，只需4个外接元件，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。
功耗小，不需要加散热片，效率高。
综合考虑采用方案三。
1.4显示电路的方案选择
系统中需要得知触点的具体位置，将表笔测量触电位置正确显示，具体有以下几种方案：
方案一：
采用数码管显示。
数码管显示更加清晰，更加适合在白天等强光条件下显示。
数码管显示内容单一，外部电路复杂，占用的单片机的资源比较多而且不能显示汉字。
方案二：
采用液晶1602显示。
1602内部集成有显示芯片，可以识别英文字母、阿拉伯数字和日语片假名。
但是1602浪费显示屏幕，显示内容少，不能满足要求。
方案三：
采用液晶12864显示。
12864体积小，成本低，功能强可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，，显示内容丰富、清晰、快速，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象，而且显示效果较好，容易编程实现。
因此系统选用12864的液晶显示器。
第二章硬件电路
本手写绘制板控制系统,主要由单片机、小信号放大模块、H桥模块、恒流源模块、显示等模块组成。
硬件整体电路图如图1所示，
表笔
AD4AD3AD2AD1AD0
图2.1系统整体框图
（1）恒流源电路，主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出H桥需要的恒定电流。
同时，防止A/D有电流进入。
（2）H桥电路，主要采用MOS管。
电流经过H桥，通过控制H桥中MOS管的导通，测量另一个H桥中的电压。
（3）小信号放大电路，因为H桥和表笔输出的电压极小，通过正向放大，将H桥测出的电压进行放大，便于分析比较。
（4）显示电路，通过CPU与液晶显示屏12864连接，当表笔接触铜箔表面时，能够显示明确位置和和横纵坐标及四象限坐标值。
2.1恒流源电路
图2.2为横流源电路，主要由TL431、8050、LM324、TL084组成。
输入电压+5V，TL431给R3提供稳定的2.5V电压，TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。
R4起分压作用。
2.5V电压通过电压跟随器LM234输出2.5V，MOS管打开，有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化。
当LM234的输入电压增大时，场效应管的压差减小，MOS管关闭，此时LM234的N极电压大于P极电压，场效应管的栅极电压减小，所以电流几乎恒定。
横流源电路与H桥连接，防止测量时，有电流进入AD。
图2.2横流源电路图
2.2H桥电路
H桥电路如图2.3，主要由8个N沟道MOS管组成，型号采用IRF3205。
IRF3205是HEXFETR功率金属氧化物半导体场效应晶体管，够提供最大的功率输出和最可能小的导通阻抗。
要想使IRF3205导通，在MOS管栅极g加高电平。
但是要保证H桥上两个同侧的MOS管不会同时导通非常重要。
如果MOS管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个MOS管直接回到负极电路中除了MOS管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏MOS管。
电路图2.3中Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过覆铜板，然后再经Q4回到电源负极，测出J12和J13的电压，再测表笔电压，通过电压的比较与推算得出X轴。
同理，当Q5管和Q8管导通时，可以测出J5和J11的电压，得出Y坐标。
图2.3.电桥电路图
2.3开关电源电路
图2.4为开关电源稳压电路原理图，输入电压3.2V～40V,输出电压1.2V～35V，输出电流3A。
电路中的LM2596是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。
电路中靠近LM2576的输入电容C1，为了防止在输入端出现大的瞬态电压，C1电流的均方根值至少要为直流负载电流的一半。
输出电容C2至少应是输出电压的1.5倍。
输入端的VD1防止短接。
为了产生不同的输出电压，通过调节R1。
图2.4.开关电源电路图
2.4小信号放大电路
小信号放大电路如图2.5所示，由五个正向放大电路组成，例如正向放大UIA,将J12电压作为输入信号电压Vi（=Vp）加到运放的同向输入端“+”，输出端电压Vo通过和R24的分压作用，得到
，作用于反向输入端“-”。
RP1是一个电位器，根据输出放大的需要，可以调节RP1的阻值，将输出电压放大到mV级别。
方便与表笔电压的对比。
图2.5放大电路图.
第三章系统理论分析与计算
3.1XX的分析
3.2XX的计算
第四章软件设计
4.1软件实现功能综述
本设计本设计是通过CPU对覆铜板的坐标进行采样、量化后，测量出X、Y坐标。
再经过信号处理电路将这一直流模拟量转换为16位的并行数字量，并送入单片机进行处理。
在单片机中将输入的16位数字量进行量化，根据X、Y坐标状态不同，分别将坐标位置输出到12864显示部分。
根据上述可以实现液晶显示。
4.2主程序流程图设计
开始
系统初始化
图4.1主程序流程框图
第五章测试方案与测试结果
5.1测试方案
一、硬件测试
图5.1.TL084仿真原理图
图5.2.TL084仿真图
二、软件仿真测试
三、硬件软件联调
5.2测试条件与仪器
测试条件：
检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：
高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。
5.3测试结果分析
5.3.1测试结果
5.3.2测试分析与理论
根据上述测试数据，XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX，由此可以得出以下结论：
1、
2、
3、
综上所述，本设计达到设计要求。
第六章总结
参考文献
[1]李雅轩，杨秀美，李艳萍．电力电子技术[M]．北京：
中国电力出版社,2007
[2]钱照明，袁义生．开关电源EMC设计研究现状及发展[J]．电子产品世界,2003
[3]王小双．AT89S51单片机控制的开关电源[J]．通讯电源技术．
[4]陶永华．新型PID控制及其应用[M]．北京：
机械工业出版社，2002
[5]王永平，史俊杰，田庆安．开关稳压电源-原理，设计及实用电路（修订版）[M]．西安电子科技大学出版社,2006
[6]梅丽凤等编著.单片机原理及接口技术.清华大学出版社，2009.7
[7]赵晶主编.Prote199高级应用.人民邮电出版社，2000
[8]于海生编著.微型计算机控制技术.清华大学出版社，2003.4
[9]胡汗才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社，2004
[10]钱晓捷.汇编语言程序设计[M].高等学校教材，2005
[11]穆兰.单片微型计算机原理及接口技术[M].机械工业出版社,1996
附录
附录一整体电路原理图
图1整体电路图
附录二系统操作说明
附录三主要程序清单
附录四元器件明细表
附录五仪器设备清单
附录六PCB图
图1.电源的PCB原理图
图2.PCB硬件总电路图
附录七电路实物图
升级会员 