手写绘图板电子设计大赛报告.docx

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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MSP43016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MSP430TFT

Abstract:

ThissystemtakingATMELcompany'seightATMEGA32LMCUasthecore,thedataacquisitionwithhighprecisionconstantcurrentsourceandvoltmeterto,accordingtotheohm'slawitisconcludedthattheresistanceofthecopperplate.Transferdatathroughserialport485toTIcompany'slow-powerMSP43016-bitsinglechipmicrocomputertocalculatethecoordinatesofmeasuringpoints.Measureddataon128*160TFTcolorscreendisplay,andthroughthekeyscanbeswitchbetweendifferentfunctions.Throughsinglechipmicrocomputertorealizethecontrolofallkindsofdisplaystoragecapabilities

Keyword:

ATMEGA32LOhm'slawMSP430TFTScreen

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。

1.1采样的论证与选择

方案一：

电阻屏的原理：

电阻式触摸屏是一种压力传感器，基本上是薄膜加上玻璃的结构，膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。

当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。

我们在板上做到30*20个像素点的精度，分别扫描行和列以确定坐标点。

然后通过显示在TFT彩频型液晶上。

方案二：

电容屏的原理：

电容技术触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。

当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指吸收走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，通过电流大小与触点到电极的距离成正比就可以确定触点的坐标。

确定坐标后就可以通过液晶来进行显示。

方案三：

高精度电阻测量法：

给铜板同一个精度很高的恒定电流源，在用高精度电压表测得铜板两端的电压，根据欧姆定律R=U/I可以得出铜板的电阻，在对铜板精确采样得出铜板的大致的电阻分布规律可得出被测点的大致坐标。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.2单片机的论证与选择

方案一：

采用AT89C51作为主控器件，用来实现题目所要求的各种功能。

此方案最大的特点是系统规模可以做得很小，成本较低。

但单片机在处理高速信号时略显吃力，51单片机很难实现这一要求。

方案二：

采用ARM7作为核心控制，其自带6路PWM输出，8通道10位A/D，速度高、资源丰富，稳定性强，　由于LPC2132片内没有EEPROM，当系统掉电后，所有参数都将丢失，如果所需要保存的参数比较多，就只有给系统扩展类似2402等EEPROM芯片，具有一定的缺陷。

方案三：

采用ATmega32作为主控器件。

由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，8路10位ADC.片内集成32K字节的lash；1K字节EEPROM，2K字节SRAM，能够实现点阵屏的高速扫描和一些复杂的控制和运算功能，满足题目要求。

综合以上三种方案，选择方案三。

2采样数据理论分析与计算

2.1电阻分布

使用精密电阻测量电路对整块板子采样电阻进行分析（见表1）。

表1覆铜板电阻分布

25761

26106

26158

26118

27047

27611

28096

28548

29079

29614

30233

24586

24788

25201

25527

25930

26462

26617

27777

28213

29177

29937

23134

24406

25199

24076

25558

26560

26472

27271

27724

28000

28613

24070

24480

24842

25183

25832

26274

26682

27222

27984

28061

29083

23265

23386

24649

25152

25286

26050

27180

27253

27918

28928

28970

22837

23339

23478

24233

24672

25489

25812

26592

27003

27628

27820

22353

22926

23444

23969

24347

25261

25728

26345

27065

28712

28138

23676

24109

24803

25784

26342

26257

26342

26257

26842

28100

28541

21866

22634

23207

24214

24144

25734

26140

26601

27167

28029

28951

22488

23108

24047

24874

25505

26766

27544

28303

28967

29339

28711

21578

24458

23399

23985

24602

25411

26287

26717

27248

27994

28832

2.2数据透视

2.2.1整体数据分布对表1中的数据输入电脑进行模拟，构建三维模型（如图1）。

图1电阻分布三维图

2.2.2线上电阻分布取一条线上的电阻分布，作出电阻的分布图（如图2）

图2线上电阻分布

估算这是一条y=0.42x的一元一次函数，根据测得的电阻判断测点所在等势面，只要侧3个角就可以判断测试点的位置（如图3）

图3

3电路与程序设计

3.1电路的设计

3.1.1系统总体框图

图4系统总体框图

3.1.2精密恒流源电路

恒流源是指能够向负载提供恒定电流的电源,在金属薄膜电阻率测量、金属丝杨氏模量测量、磁阻效应、光电效应以及光电池特性测量中应用广泛。

本恒流源电路的核心设计原理是:

通过负载电压反馈,在高精度采样电阻上产生恒定的压降,则与该精密采样电阻相串联的支路中就可以得到恒定的输出电流。

具体的工作过程简述如下:

设开关S1~S7中某一路接通,当负载电阻Rx变大时,其上瞬间压降Vx随增大,则运算放大器A3的同相输入端与反相输入端之间的压差减小,输出电压V2小于基准电压Vref此时运算放大器A2的反相输入端产生微小的负电压,A2将其同相输入端与反相输入端之间的压差进行线性放大,输出的正电压使得三极管Q3的发射极电压增大,从而维持精密采样电阻上的压降保持不变。

当负载电阻Rx减小时,工作过程与上述类似。

图5恒流源电路原理图

3.13电源

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。

为整个系统提供

5V和3.3V电压，确保电路的正常稳定工作采用三端稳压管实现（如图6）。

图6电源电路

3.1.4电路实物图

图7电路实物图

3.2程序的设计

3.2.1程序框架概述

本系统是以MSP430为主控芯片，编程采用模块化循环的方式,按相应模式设置键将会进入对应模块循环，这种编程模式在降低编程难度的同时增强了系统的可靠性。

3.2.2程序设计框架

3.3低功耗设计

本电路采用TI公司的MSP430超低功耗单片机，电路总体功耗约2W。

4测试方案与测试结果

4.1测试方案

测出被测点的电阻值，根据电阻位置找到等势线，对其四个点测阻值，四个等势面相交形成的点就是被测点位置。

4.2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。

4.3测试结果及分析

4.3.1测试结果（数据）

测试点坐标

显示坐标

（0，0）

（0，1）

（10，10）

（10，11）

（20，20）

（20，31）

（30，30）

（31，32）

（40，40）

（44,40）

（50，50）

（55,48）

（60，60）

（60,61）

（80，80）

（80,77）

（100，100）

（92,110）

4.3.2测试分析与结论

根据上述测试数据，覆铜板阻值和距离成线性关系

5参考文献

[1]童诗白华成英主编，模拟电子技术基础，高等教育出版社。

[2]谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，2005年7月第3版

[3]求是科技工作组，单片机-典型模块设计实例导航，人民邮电出版社。

[4]张洪润蓝清华，单片机应用技术教程，清华大学出版社。

[5]2009全国大学生电子设计竞赛获奖作品

附录：

部分程序

main（void）

{

//Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

init_clk（）;

lcd12864_init（）;

uart_init（）;

key_init（）;

delay（1000）;

_EINT（）;

//signedcharkey;

correct（）;

while

（1）

{

if（res_update（）<0）//更新电阻值

{

continue;

}

if（（pack[0].res<1000000）||（pack[1].res<1000000））

{

calc（pack[0].res,pack[1].res）;

}

if（（key_get（））==4）

{

switch（state）

{

caseSTATE_DETE:

state=STATE_GRAPHIC;

entry_graphic（）;

break;

caseSTATE_GRAPHIC:

state=STATE_DETE;

exit_graphic（）;

break;

}

}

if（STATE_DETE==state）

{

dete（）;

}

if（STATE_GRAPHIC==state）

{

graphic（）;

}

key_scan（）;

}

}

signedlongx,y;

voidgraphic（）

{

if（（pack[0].res<1000000）||（pack[1].res<1000000））

{

x=（signedlong）current_point.x+64;

y=（signedlong）current_point.y+32;

//putpixel（（signedlong）current_point.x+64,（signedlong）current_point.y+32,1）;

putpixel（x,y,1）;

delay（10）;

}

}