文档介绍：手写绘图板(G题)
【本科组】
Dut physics 1202class
2013年9月7日
摘要
本作品以STC12C5A单片机为核心,对铜板这种小电阻在微弱变化下的精密测量,以实现对触点的精确定位。用恒流源给覆铜板加稳恒电流,利用电桥和OP07对产生的电压信号进行采集和放大。用单片机控制MOS开关控制覆铜板四角接线的开闭。制作一个10cm*15cm的手写绘图板,并对板上任意位置进行坐标读取,分辨率小于10mm,并在12864的LCD显示器上进行显示。
关键字:STC12C5A,精密测量,LCD
目录
1系统方案 1
铜板处理的论证与选择 1
信号采集和放大的论证与选择 1
开关控制模块的论证与选择........................................................................................... 1
电源模块的论证与选择................................................................................................... 2
控制系统的论证与选择 2
2系统理论分析与计算 2
左右方向及象限位置的确定 2
坐标点测量的方法 2
各点坐标采集的方法 2
3电路与程序设计 3
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信号采集与放大子系统框图与电路原理图 3
单片机控制子系统框图与电路原理图 3
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4测试方案与测试结果 6
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测试条件与仪器 6
测试结果及分析 6
(数据) 6
7
附录1:电路原理图 8
附录2:源程序 9
手写绘图板(G题)
【本科组】
1系统方案
本系统主要由铜板模块、信号采集和放大模块、开关控制模块、电源模块,控制模块组成,下面分别论证这几个模块的选择。
铜板处理的论证与选择
由于测得的铜板电阻太小,现考虑以下方案。
方案一:采用在板上腐蚀网格或者有规律的数学图案,这种方法有利于增大铜板的测量电阻,利于在测量过程中电压的获取和计算,但是这种方案会使板面不够平稳,如果间隙不够小,就会导致分辨率太低,误差较大。
方案二:在铜板背后加电阻,可以增大电阻,但是由于电阻本身大小和要求数量,没发满足误差的要求。
方案三:利用RC振荡电路,用公式中的1/R对铜板电阻进行放大处理,测量。但是测算麻烦,误差较大,且不是线性变化。
方案四:直接使用铜板使用恒流源和电桥法测量小电阻,对测量电压多级放大输出,实现电压测量。
综合以上三种方案以及题目中的要求,方案一不能使表笔在覆铜板上的任意位置接触,二三方案误差不好处理,故选择方案四。
信号采集和放大的论证与选择
由于信号很小采集和放大都需要认真考虑,现考虑以下方案:
方案一:用恒压源进行采集数据,并用2级运算放大器进行放大送入单片机。这种方法由于铜板电阻太小,使用恒压源要么电流过大,要么误差很大没法精确测量。
方案二:用恒流源进行采集数据,一级使用电桥进行差分放大,将差值放大后输入第二级放大,这种方法既便于采集放大,也能提高精度。
综上我们选择第二种方案。
开关控制模块的论证与选择
方案一:在铜板4个脚都采用4个采集放大电路,但是由于铜板电阻小,很容易由于导线长度的增大使铜板采集的信号误差变大。
方案二:只用一个采集放大电路,利用以IRF540n为核心的mos开关模块,让单片机通过此开关控制模块对测量线路的开闭进行控制。
方案二既简单也容易控制我们,所以我们选择方案二。
电源模块的论证与选择
电源模块组要由恒流源,单电源变双电源电路组成。
恒流源是为铜板提供稳恒电流的,以测量电压信号。单变双电源以TDA2030为核心的将赛组能提供的12v单电源变为±6v的双电源。在最这个电源的同时,我们加进了为单片机提供5v电压的电源部分。
控制系统的论证与选择
方案一:采用51系列的单片机作为主控器件,使用自己做的最小系统板,用来实现要达到的各种要求。但88888888是AD转化需要另外做。此方案规模小,成本低。
方案二:采用我们此前购买的以STC12系列的单片机带有10位的AD转换作为主控器件。此方案方便快捷,只需对AD和单片机进行程序编写。
综合考虑,我们将方案一备用,采用