文档介绍：2013年全国大学生电子设计竞赛
手写绘图板(G题)
【本科组】
2013年9月6日
摘要:本系统采用STC公司生产的STC12C5A60S2单片机作为手写绘图板控制系统的核心。由恒流源电路、、以LM358构成的运放电路、以HD7279A驱动的数码管电路、键盘输入电路、LED灯及采用12864液晶的指示电路构成。本设计将恒流源输出的电流通过表笔接触覆铜板,测量触点和四角之间的电压,经过运放放大后,由单片机自带的10位A/D采集,并将此电压的变化转换为变化的坐标通过12864液晶显示。可靠的硬件设计和优化的软件算法,以及4*4键盘与LCD显示屏使得整个操作简单、直观,同时也使本设计更加人性化。
关键词:STC12C5A60S2;恒流源;运放;覆铜板
目录
一、方案的选择与论证 1
1
1
1
2
二、硬件电路设计 2
2
2
4
5
三、软件程序设计 5
四、辅助工具介绍及整机调试 6
6
8
五、测试结果分析与结论 10
10
10
六、附录 11
附录Ⅰ:主要元器件清单 12
附录Ⅱ:主程序 12
一、方案的选择与论证

方案一:采用高频信号源产生的矩形波通过表笔加到覆铜板上。由于覆铜板的电阻较小,一般信号测量出来的电压不明显,通过施加高频信号使其产生明显的变化的电压信号,从而提高测量的精度,得到更精确的坐标,但是在短短的几天内做出一个高频信号源比较困难。
方案二:采用恒流源产生一个较大的电流通过表笔加到覆铜板上,不仅提高了稳定性,而且克服了一般信号测量微小电阻电压不明显的缺点。为了提高安全性,将覆铜板串联一个大功率的电阻,通过测量信号源与功率电阻之间电压的变化来区分覆铜板的坐标位置。
基于上述分析,我们选择方案二。

方案一:采用传统的8位89C51单片机作为手写绘图板的核心。传统的51单片机具有价格低廉,使用简单等特点,但其运算速度低,功能单一,RAM、ROM空间小。内置接口功能较少,需要扩展较多的外围模块,较为不易。
方案二:采用STC公司生产的STC12C5A60S2单片机作为手写绘图板控制系统的核心。STC12C5A60S2具有许多优点:高速,速度是传统51的8-12倍;低功耗、超强抗干扰;指令代码完全兼容传统的8051,且内部有2路PWM,8路高速10位A/D转换。本设计中用的就是STC12C5A60S2自带的内部A/D。
基于上述分析,我们选择方案二。

方案一:采用TL431芯片和一些普通三极管搭建起来的恒流源电路,精度高,温度性能好,但由于三极管输出电流小,即整个恒流源电路输出电流较小,加在微小电阻上所得电压较小,从而存在较大误差,因而不可行。
方案二:采用OP07芯片和一些电阻搭建起来的恒流源电路,克服了方案一中输出电流较小的缺点,提高了精度,并且经过测试,该方案可行,因此本设计中选用此方案。

方案一:直接用MOS管和一些电阻组成,此种开关电路结构简单,易于实现,但是由于MOS管的栅源电压由单片机提供,仅为3V,使得漏源导通电阻偏大,造成输出电压波形不是特别理想。
方案二:在单片机和MOS管之间加了光耦和三极管,使得栅源电压可以达到12V,远远的减小了漏源间的导通电阻,提高了输出电压波形的精度。因此,本设计中选用方案而。

方案一:采用12864液晶显示器(LCD)显示。LCD功能强大,可显示各种字体的数字、汉字、图像,还可以自定义显示内容,显示灵活生动,同时配有4*4键盘更便于工作人员操作。
方案二:采用LED数码管显示,只能显示非常有限的符号和数字,显示单一,更多的时候还需要给别人解释数码管上面显示的内容,失去了数码管显示的意义,更增加了工作人员工作的负担,并且实现LED的显示控制软件较为麻烦且耗电较大,所以本设计中仅用其显示第几功能。
分析以上两种方案的优缺点,方案一更方便实用。
二、硬件电路设计

系统总框图如下:
手写绘图板系统框图

电源电路是一个设计中最关键的部分,各个模块要想正常工作都需要提供合适的电源,。
5V电源给单片机和运放供电,由7805构成,。
图