手寫繪制板論文

PAGEPAGEii手寫繪制板（G題）【本科組】20PAGEi摘要關(guān)鍵字：ABSTRACT目錄第一章方案比較與設(shè)計(jì) 11.1測(cè)量阻值的方案選擇 11.2恒流源電路的方案選擇 11.3開關(guān)電源的方案選擇 21.4顯示電路的方案選擇 2第二章硬件電路 32.1恒流源電路 32.2H橋電路 42.3開關(guān)電源電路 52.4小信號(hào)放大電路 6第三章系統(tǒng)理論分析與計(jì)算 73.1XX的分析 73.2XX的計(jì)算 7第四章軟件設(shè)計(jì) 84.1軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 84.2主程序流程圖設(shè)計(jì) 8第五章測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 95.1測(cè)試方案 95.2測(cè)試條件與儀器 105.3測(cè)試結(jié)果分析 105.3.1測(cè)試結(jié)果 105.3.2測(cè)試分析與理論 11第六章總結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13附錄 14附錄一整體電路原理圖 14附錄二系統(tǒng)操作說明 14附錄三主要程序清單 14附錄四元器件明細(xì)表 14附錄五儀器設(shè)備清單 14附錄六PCB圖 15附錄七電路實(shí)物圖 16第14頁(yè)共19頁(yè)第1頁(yè)共23頁(yè)手寫繪制板（G題）【本科組】第一章方案比較與設(shè)計(jì)1.1測(cè)量阻值的方案選擇覆銅板的坐標(biāo)確定，需要根據(jù)覆銅板的阻值的大小，但覆銅板的阻值很小，為準(zhǔn)確確定電阻，所以設(shè)計(jì)以下方案：方案一：測(cè)電壓，通過分2組測(cè)量4個(gè)角落的電壓，與表筆電壓進(jìn)行比較。采用此方案精度高，缺點(diǎn)是比較麻煩，測(cè)量得出的是電壓值，要進(jìn)行換算。但銅板阻值的精度為mΩ級(jí)。，方案二：采用萬(wàn)用表，萬(wàn)用表電阻檔直接測(cè)量即可，簡(jiǎn)單易行。但是要求萬(wàn)用表的精度比較高，很難達(dá)到。綜合以上兩種方案，選擇方案一。1.2恒流源電路的方案選擇A/D采集時(shí)為防止有電流進(jìn)入，而且需要給H橋提供恒定電流。所以設(shè)計(jì)以下方案：方案一：采用兩只同型三極管，利用三極管相對(duì)穩(wěn)定基極電壓作為基準(zhǔn)。這種恒流源優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，而且電流的數(shù)值可以自由控制，成本低。缺點(diǎn)是不同的工作電流下，電壓也會(huì)有一定的波動(dòng)。方案二：采用基準(zhǔn)源TL431，整個(gè)電路的電流的數(shù)值可以自由控制，而且它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度好，有很好的溫度穩(wěn)定性，能夠提供穩(wěn)定的靜態(tài)特性。此設(shè)計(jì)的精度要求比較高，因此采用方案二。1.3開關(guān)電源的方案選擇整個(gè)電路需要一個(gè)單12V電源供電，來保證電路的運(yùn)行，所以設(shè)計(jì)以下方案：方案一、采用LM7812電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動(dòng)保護(hù)。但是上電后發(fā)熱嚴(yán)重，需要加散熱片，所以效率比較低。方案二、采用三端穩(wěn)壓電源電路，該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，干擾和噪聲較小。數(shù)字電位器誤差較大，控制精度不夠高。所以否定了這種方案。方案三、采用LM2596開關(guān)電源電路，具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性,輸出電壓穩(wěn)定可調(diào)，只需4個(gè)外接元件，這更優(yōu)化了LM2596的使用，極大地簡(jiǎn)化了開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。功耗小，不需要加散熱片，效率高。綜合考慮采用方案三。1.4顯示電路的方案選擇系統(tǒng)中需要得知觸點(diǎn)的具體位置，將表筆測(cè)量觸電位置正確顯示，具體有以下幾種方案：方案一：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示更加清晰，更加適合在白天等強(qiáng)光條件下顯示。數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一，外部電路復(fù)雜，占用的單片機(jī)的資源比較多而且不能顯示漢字。方案二：采用液晶1602顯示。1602內(nèi)部集成有顯示芯片，可以識(shí)別英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字和日語(yǔ)片假名。但是1602浪費(fèi)顯示屏幕，顯示內(nèi)容少，不能滿足要求。方案三：采用液晶12864顯示。12864體積小，成本低，功能強(qiáng)可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)，，顯示內(nèi)容豐富、清晰、快速，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖象，而且顯示效果較好，容易編程實(shí)現(xiàn)。因此系統(tǒng)選用12864的液晶顯示器。第二章硬件電路本手寫繪制板控制系統(tǒng),主要由單片機(jī)、小信號(hào)放大模塊、H橋模塊、恒流源模塊、顯示等模塊組成。硬件整體電路圖如圖1所示，CPU顯示CPU顯示畫板H橋1H橋2H橋3H橋4小信號(hào)放大小信號(hào)放大小信號(hào)放大小信號(hào)放大小信號(hào)放大恒流源表筆AD4AD3AD2AD1AD0圖2.1系統(tǒng)整體框圖（1）恒流源電路，主要是由輸入級(jí)和輸出級(jí)構(gòu)成，輸入級(jí)提供參考電流，輸出級(jí)輸出H橋需要的恒定電流。同時(shí)，防止A/D有電流進(jìn)入。（2）H橋電路，主要采用MOS管。電流經(jīng)過H橋，通過控制H橋中MOS管的導(dǎo)通，測(cè)量另一個(gè)H橋中的電壓。（3）小信號(hào)放大電路，因?yàn)镠橋和表筆輸出的電壓極小，通過正向放大，將H橋測(cè)出的電壓進(jìn)行放大，便于分析比較。（4）顯示電路，通過CPU與液晶顯示屏12864連接，當(dāng)表筆接觸銅箔表面時(shí)，能夠顯示明確位置和和橫縱坐標(biāo)及四象限坐標(biāo)值。2.1恒流源電路 圖2.2為橫流源電路，主要由TL431、8050、LM324、TL084組成。輸入電壓+5V，TL431給R3提供穩(wěn)定的2.5V電壓，TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。R4起分壓作用。2.5V電壓通過電壓跟隨器LM234輸出2.5V，MOS管打開，有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化。當(dāng)LM234的輸入電壓增大時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的壓差減小，MOS管關(guān)閉，此時(shí)LM234的N極電壓大于P極電壓，場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓減小，所以電流幾乎恒定。橫流源電路與H橋連接，防止測(cè)量時(shí)，有電流進(jìn)入AD。圖2.2橫流源電路圖2.2H橋電路H橋電路如圖2.3，主要由8個(gè)N溝道MOS管組成，型號(hào)采用IRF3205。IRF3205是HEXFETR功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，夠提供最大的功率輸出和最可能小的導(dǎo)通阻抗。要想使IRF3205導(dǎo)通，在MOS管柵極g加高電平。但是要保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的MOS管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果MOS管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)MOS管直接回到負(fù)極電路中除了MOS管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞MOS管。電路圖2.3中Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過覆銅板，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極，測(cè)出J12和J13的電壓，再測(cè)表筆電壓，通過電壓的比較與推算得出X軸。同理，當(dāng)Q5管和Q8管導(dǎo)通時(shí)，可以測(cè)出J5和J11的電壓，得出Y坐標(biāo)。圖2.3.電橋電路圖2.3開關(guān)電源電路圖2.4為開關(guān)電源穩(wěn)壓電路原理圖，輸入電壓3.2V～40V,輸出電壓1.2V～35V，輸出電流3A。電路中的LM2596是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。電路中靠近LM2576的輸入電容C1，為了防止在輸入端出現(xiàn)大的瞬態(tài)電壓，C1電流的均方根值至少要為直流負(fù)載電流的一半。輸出電容C2至少應(yīng)是輸出電壓的1.5倍。輸入端的VD1防止短接。為了產(chǎn)生不同的輸出電壓，通過調(diào)節(jié)R1。圖2.4.開關(guān)電源電路圖2.4小信號(hào)放大電路小信號(hào)放大電路如圖2.5所示，由五個(gè)正向放大電路組成，例如正向放大UIA,將J12電壓作為輸入信號(hào)電壓Vi（=Vp）加到運(yùn)放的同向輸入端“+”，輸出端電壓Vo通過和R24的分壓作用，得到，作用于反向輸入端“-”。RP1是一個(gè)電位器，根據(jù)輸出放大的需要，可以調(diào)節(jié)RP1的阻值，將輸出電壓放大到mV級(jí)別。方便與表筆電壓的對(duì)比。圖2.5放大電路圖.第三章系統(tǒng)理論分析與計(jì)算3.1XX的分析3.2XX的計(jì)算第四章軟件設(shè)計(jì)4.1軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述本設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是通過CPU對(duì)覆銅板的坐標(biāo)進(jìn)行采樣、量化后，測(cè)量出X、Y坐標(biāo)。再經(jīng)過信號(hào)處理電路將這一直流模擬量轉(zhuǎn)換為16位的并行數(shù)字量，并送入單片機(jī)進(jìn)行處理。在單片機(jī)中將輸入的16位數(shù)字量進(jìn)行量化，根據(jù)X、Y坐標(biāo)狀態(tài)不同，分別將坐標(biāo)位置輸出到12864顯示部分。根據(jù)上述可以實(shí)現(xiàn)液晶顯示。4.2主程序流程圖設(shè)計(jì)開始系統(tǒng)初始化AD采樣測(cè)量X、Y坐標(biāo)系統(tǒng)初始化AD采樣測(cè)量X、Y坐標(biāo)顯示X、Y坐標(biāo)圖4.1主程序流程框圖第五章測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果5.1測(cè)試方案一、硬件測(cè)試圖5.1.TL084仿真原理圖圖5.2.TL084仿真圖二、軟件仿真測(cè)試三、硬件軟件聯(lián)調(diào)5.2測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無(wú)誤，硬件電路保證無(wú)虛焊。測(cè)試儀器：高精度的數(shù)字毫伏表，模擬示波器，數(shù)字示波器，數(shù)字萬(wàn)用表，指針式萬(wàn)用表。5.3測(cè)試結(jié)果分析5.3.1測(cè)試結(jié)果5.3.2測(cè)試分析與理論根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX，由此可以得出以下結(jié)論：1、2、3、綜上所述，本設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第六章總結(jié)參考文獻(xiàn)[1]李雅軒，楊秀美，李艷萍．電力電子技術(shù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社,2007[2]錢照明，袁義生．開關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]．電子產(chǎn)品世界,2003[3]王小雙．AT89S51單片機(jī)控制的開關(guān)電源[J]．通訊電源技術(shù)．[4]陶永華．新型PID控制及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002[5]王永平，史俊杰，田慶安．開關(guān)穩(wěn)壓電源-原理，設(shè)計(jì)及實(shí)用電路（修訂版）[M]．西安電子科技大學(xué)出版社,2006[6]梅麗鳳等編著.單片機(jī)原理及接口技術(shù).清華大學(xué)出版社，2009.7[7]趙晶主編.Prote199高級(jí)應(yīng)用.人民郵電出版社，2000[8]于海生編著.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).清華大學(xué)出版社，2003