文档介绍：摘要
本手写绘图板系统由精密恒流源电路、低功耗模拟检测采样电路、高精度仪用放大器、AD转换器、单片机控制电路(MSP430)、12864液晶显示电路构成。本系统使用普通覆铜板,对其对角交叉通过测试电流,探笔测得覆铜板上采样电压,将采样信号差模输入仪用放大器进行信号高精度放大后送入MSP430芯片,利用单片机内部自带AD转换,编程实现采样信号电压与坐标之间转换(算法采用有限元分析法和曲线拟合分析),主要可以实现以下功能:12864液晶上显示出探笔接触覆铜板上点的坐标值,并且基本实现在覆铜板上画圆,本设计具有低功耗的功能,并达到题目要求的测量精度。
关键词:手写绘图板覆铜板 MSP430仪用放大器 AD转换单片机最小系统
目录
一、方案论证与比较 - 5 -
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3. 坐标点测量方法 - 5 -
二、系统设计 - 6 -
1. 总体设计 - 6 -
2. 单元电路设计 - 6 -
(1)恒流电路 - 6 -
(2)覆铜板换流控制 - 7 -
(3)探笔信号采集电路 - 8 -
(4)主控电路 - 9 -
(5)显示部分 - 9 -
3. 程序设计 - 9 -
(1)程序完成功能 - 9 -
(2)程序流程图 - 9 -
三、系统测试 - 10 -
1. 测试方案 - 10 -
(1)硬件调试 - 10 -
(2)软件调试 - 11 -
(3)软硬联调 - 11 -
四、测试结果及分析 - 12 -
1. 性能测试分析 - 12 -
(1)描点模式测试 - 12 -
(2)划线模式测试 - 12 -
(3)功耗测试 - 12 -
2. 功能测试分析 - 12 -
3. 误差分析 - 12 -
(1)系统误差 - 12 -
(2) 随机误差 - 13 -
五、参考文献: - 13 -
六、附录: - 14 -
附1:覆铜板等电势分布图 - 14 -
附2:等电位换流测试数据(500mA为基准) - 14 -
附3:MSP430最小系统电路图 - 15 -
附4:元器件明细表 - 15 -
附5:电路原理图图纸 - 18 -
附6:作品照片 - 18 -
一、方案论证与比较
根据题目要求,我们分以下两个部分进行方案设计与论证:
方案一:根据实际测量计算,覆铜板需要较小的测试电流,探笔测得电压较小,通常为几uV到几个mV之间,为满足要求需将采样电压放大到1~,采用通用运算放大器对探笔采样信号进行放大,优点是器件便宜易寻。缺点是精确不高,零点漂移大。
方案二:利用单片机PWM对检测电路进行控制,实现对覆铜板的换流功能,其中恒流源由TL431和LM358组成恒流供电。探笔采集的电压信号使用仪用放大器差模输入放大,仪用放大器具有高共模抑制比,能实现高精度放大采集信号。
综合比较,方案二具有电路简单,实现精度高,元器件易寻。
方案一:选用C51单片机,该单片机结构简单,使用普遍,应用成熟,价格便宜但速度慢,容量小,内部资源较少,不具有内部ADC,使得外围电路复杂。
方案二:选用MSP430单片机,MSP430单片机是16位功能强大的单片机,采用精简指令(RISC),丰富的寻址方式和大量的寄存器保证了MSP430单片机可编制出高效率的源程序。,运行速度快,片内资源丰富,如自带12位ADC等。省去了复杂的外围电路。
综合考虑,选用方案二。
3. 坐标点测量方法
方案一:在恒电压模式下,测量电流的变化。
方案二:在恒电流模式下,测量电压的变化。用四探针法测量,该设计采用交互式探测法,利用四探针技术来测量覆铜板的薄层电阻,因薄层电阻的计算公式为:
其中I是通过两电流探针的电流强度;V是两电压探针的电势差;K为修正系数,K是一个确定的值,所以我们只要知道两电流探针的电流强度I,主要计算出修正系数就可以计算出二维电场分布情况。
我们可以采用有限元方法解决该静电场的问题,用四探针技术对电场进行有限元分析,把覆铜板分成若干个小方格,对每个小方格测出电压值,再画出等势线。
另附等电位换流测试数据(500mA为基准)表、覆铜板等电势分布图,见附1、2。
二、系统设计
1. 总体设计
本着题目低功耗要求设计,系统可由四个部分组成:检测采样、探笔信号放大、MUC主控、人机交互(独立按键、采集结果显示)。系统设计框图如图2所示
按键控制部分
LCD12864显示部分
检测采样电路(覆铜板板换流控制)
MCU主控电
路(MSP430)
12V输入
电源
探笔信号放
大电路
图1 系统设计框图
MSP430主控芯片产生3