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手写绘图板设计与实现.doc
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本文设计的是低功耗简易手写绘图板,系统采用Arm STM32F103VBT6为控制核心,用12v的单一电源供电,再经电路变换后分别向ARM处理器、放大器、恒流源提供+5v、±5v、12v的电源。恒流源模块提供两路驱动电流,由ARM微控制器交叉控制对角两路电流,手写笔的电压信号经仪表放大器放大,AD采样,由ARM控制坐标转换算法,将绘图板电压的物理坐标转换为显示器的逻辑坐标。通过测试,设计手写绘图板可正确显示触点的坐标及象限,记录表笔运动的轨迹。测量分辨率为1mm,工作电流小于50mA,显示界面清晰友好。
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摘要
本文设计的是低功耗简易手写绘图板,系统采用 Arm STM32F103VBT6 为控
制核心,用 12v 的单一电源供电,再经电路变换后分别向 ARM 处理器、放大器、
恒流源提供+5v、±5v、12v 的电源。恒流源模块提供两路驱动电流,由 ARM 微控
制器交叉控制对角两路电流,手写笔的电压信号经仪表放大器放大,AD 采样,
由 ARM 控制坐标转换算法,将绘图板电压的物理坐标转换为显示器的逻辑坐标。
通过测试,设计手写绘图板可正确显示触点的坐标及象限,记录表笔运动的轨迹。
测量分辨率为 1mm,工作电流小于 50mA,显示界面清晰友好。
关键词:手写绘图板,坐标转换算法,微控制器
I
目录
1 任务与要求 ...........................................................................................................................................1
1.1 任务...............................................................................................................................................1
1.2 设计要求.......................................................................................................................................1
1.2.1 基本要求: ..........................................................................................................................1
1.2.2 发挥部分: ..........................................................................................................................1
2 系统方案 ...............................................................................................................................................2
2.1 控制模块比较与选择...................................................................................................................2
2.2 恒流源模块比较与选择...............................................................................................................2
2.3 放大模块比较与选择...................................................................................................................3
2.4 液晶显示模块比较与选择...........................................................................................................3
3 系统理论分析与计算...........................................................................................................................3
3.1 控制时序分析...............................................................................................................................3
3.2 恒流源设计分析...........................................................................................................................4
3.3 放大电路设计分析.......................................................................................................................4
3.3.1 设计要点 ..............................................................................................................................4
3.4 坐标点测量计算...........................................................................................................................4
3.4.1 坐标系转换数学模型的建立 ..............................................................................................5
3.4.2 测量值到估算值的转换 ......................................................................................................6
4 电路与程序设计 ...................................................................................................................................7
4.1 总体设计.......................................................................................................................................7
4.2 电压转换电路设计.......................................................................................................................8
4.3 恒流源电路设计...........................................................................................................................8
4.4 放大电路设计...............................................................................................................................9
4.5 低功耗设计...................................................................................................................................9
4.6 程序的设计...................................................................................................................................9
4.6.1 程序流程图 ..........................................................................................................................9
5 系统测试 .............................................................................................................................................10
5.1 软件仿真测试.............................................................................................................................10
5.2 测试条件与仪器.........................................................................................................................12
5.3 测试结果及分析.........................................................................................................................12
5.3.1 测试结果(数据)..................................................................................................................12
5.3.2 测试分析与结论 ................................................................................................................12
6 方案调整 .............................................................................................................................................13
6.1 放大模块调整.............................................................................................................................13
6.2 恒流源模块变换.........................................................................................................................13
7 结论 .....................................................................................................................................................13
II
8 参考文献: .........................................................................................................................................13
附录 .............................................................................................................................................................15
附录 1:元器件明细表: ......................................................................................................................15
附录 2:仪器设备清单: ......................................................................................................................15
附录 3 实物照片: .................................................................................................................................15
1
任务与要求
1.1 任务
利用普通 PCB 覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。系统构成框图如图 1-1
所示。覆铜板四角用导线连接到电路,同时,一根带导线的普通表笔连接到电路。
表笔可与覆铜板表面任意位置接触,电路应能检测表笔与铜箔的接触,并测量触
点位置,进而实现手写绘图功能。
图 0-1 系统构成框图
1.2 设计要求
1.2.1 基本要求:
(1)指示功能:表笔接触铜箔表面时,能给出明确显示。
(2)能正确显示触点位于纵坐标左右位置。
(3)能正确显示触点四象限位置。
(4)能正确显示坐标值。
(5)显示坐标值的分辨率为 10mm,绝对误差不大于 5mm。
1.2.2 发挥部分:
(1)进一步提高坐标分辨率至 8mm 和 6mm;要求分辨率为 8mm 时,绝对
误差不大于 4mm;分辨率为 6mm 时,绝对误差不大于 3mm。
(2)绘图功能。能跟踪表笔动作,并显示绘图轨迹。在 A 区内画三个直径分
别为 20mm,12mm 和 8mm 不同直径的圆,并显示该圆;20mm 的圆要求能在 10s
内完成,其它圆不要求完成时间。
(3)低功耗设计。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。
(4)其他。如显示文字,提高坐标分辨率等。
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