全国电子设计竞赛-2011年全国电子设计竞赛F题(帆板控制系统设计)报告 36

发布时间：2017-08-24 所属栏目：电子设计大赛报告

一 : 2011年全国电子设计竞赛F题(帆板控制系统设计)报告 36

帆板控制系统

【摘要】本设计以Cortex-M3为微处理器，配合高精度的旋转光电式编码器实现了帆板角度的控制和帆板旋转角度的实时显示功能。微处理器控制风扇电机的PWM占空比，从而控制风扇的转速，由精密旋转光电式编码器检测帆板的旋转角度并通过正交编码技术反馈到微处理器，微处理器可以实时检测、显示帆板的旋转角度。本设计不仅可以通过软件增量式PID算法实时调整帆板的旋转角度，同时也可以通过按键改变帆板旋转角度并可以稳定在误差范围允许范围内，从而达到自动控制功能。

【关键词】 LM3S615

旋转编码器算法

PWM PID

一、方案论证与比较

1.1设计思想

题目要求设计1个简易帆板控制系统，我们采用Cortex-M3芯片为核心控制器件来实现简易帆板控制系统的轴流风扇调速、角度显示、角度调节等功能；角度检测通过增量式光电编码器（ZSP3806）实现并且给处理器提供角度信号；用 PWM脉宽调制信号来控制MOS管(IRF530)驱动轴流风扇。 1.2控制器的选择

方案一选择以前经常用的AT89C51,其软件编程灵活自由度大，但AT89C51的程序烧写需要用专门的烧写器，用起来不方便，故放弃此方案。

方案二 Cortex-M3是Luminary Micro公司 Stellaris 所提供的高性能的32位的单片机，Cortex-M3内核主要是应用于低成本、小管脚数和低功耗的场合，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力。Cortex-M3的性价比高。最关键的是Cortex-M3内部有三个 PWM发生器模块一个控制模块，这样就简化了软件的编排。

综上所述我们采用方案二。 1.3显示模块的设计

显示模块是显示当前测量的角度以及设定角度等。我们考虑以下2种方案：

方案一使用液晶显示。液晶显示具有超薄轻巧，低耗电量，无辐射等优势。但是其编程工作量加大，控制器的资源占用较多，而且在使用过程中不能有静电干扰，否则易烧坏芯片。在此设计中使用液晶显示有些大材小用不合适。

方案二使用数码管显示。数码管显示具有功耗低、电压低、寿命长、对外界环境要求低、易维护等优点，同时它是采用二进制编码显示数字，程序编译容易，占用资源少，操作简单、经济。

本次设计我们只显示一些简单的角度和设定值，因此采用方案二。 1.4键盘的接口设计

由于此次设计中涉及按键较少，而且按键之间没有相互的影响。所以采用接线简单方便的独立式按键，就完全可以。 1.5轴流风扇驱动电路设计

方案一采用L298驱动直流轴流风扇，该芯片是利用TTL电平进行控制，对电机的操作方便。相比较方案一采用L298少占用的空间且不容易产生信号干扰，但考虑到本设计中只吹动轴流风扇，不需要正反转，故此方案未免有点小题大做。

方案二由于本次设计中我们要驱动轴流风扇来吹起帆板，相当于要驱动直流电机，较为简单。所以我们采用IRF530MOS管来驱动，而且外围电路简单容易实现对轴流风扇的控制，故选择此方案。 1.6角度检测电路设计

角度检测电路就是把角度信号转化成电信号。可以考虑以下几种方案:

方案一利用精密电位器来检测角度。通过A/D转化电路，即可检测出角度。这样的电路原理简单，容易理解，但硬件电路复杂。

方案二光电编码器作为角度测量装置，该装置体积小精度高，工作可靠，我们选择ZSP3806增量式光电编码器。增量式光电编码器是1种通过光电转换将输出轴上的几何位移量转换成脉冲个数的测量角度传感器。它是由光栅盘和光

电检测装置组成，光栅盘是在一定的圆盘板上等分地开通若干个长方形孔，当帆板转动时，光栅盘与电机同速旋转，光电检测装置检测输出若干脉冲信号，计算光电编码器输出脉冲的增减个数就能反映当前电机转动的角度。光电编码器提供相位差90°的两路脉冲（A,B）信号，从而可以方便地判断出旋转方向。故我们选择此方案。其实物以及时序图如图1所示：

图1 光电编码器时序图

1.7电源模块

方案一采用+5V和+242个电源供电。将直流轴流风扇驱动电源与处理器以及其周电路电源完全隔离，利用三极管9013传输PWM信号。这样可以使直流轴流风扇驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统的稳定性，故选择此方案。

方案二采用单一电源供电。电源直接给直流轴流风扇供电，因直流轴流风扇启动瞬间电流较大，会造成电源电压波动，因而控制与检测等其他部分电路通过集成稳压块供电。其供电电路比较简单，但干扰太大，不易提高精度，故不选择此方案。

二、硬件电路设计 3.1系统总体方案

在本设计中系统总体方案设计包括7大部分：主处理器控制电路、轴流风扇控制电路、角度检测电路、显示电路、键盘电路、声光提示电路、电源模块。电路系统框图如图2所示：

图2 电路系统框图

2）主处理器控制电路

主控制电路主要实现对外部检测电路的信号采集，PWM脉冲信号的产生，以及信号的转换显示等功能。通过按键可以控制PWM的占空比，调节风扇的转速，

2011年全国电子设计竞赛F题(帆板控制系统设计)报告 36_帆板控制系统

4、将设置与实测进行自动调节；软件程序流程图如下图所示：

程序流程图

图7 软件程序流程图

2）程序设计思路

将程序初始化后，按1键进入模式选择状态。分别为moshi=1、moshi=2 、moshi=3、 moshi=4，实现4种不同的功能。

在moshi=1中，手动调节帆板角度，并实时显示；

在moshi=2中，通过按键调节风扇转速，从而使帆板在0~60°范围内变化。按3键加速，4键减速。

在moshi=3中，通过按键控制风力使得帆板稳定在45°左右，使得误差不超过5°，并设定4键为启动风扇键。

在moshi=4中，通过按键设定角度，2键加，3键减。启动风扇后若达不到设定值则进行自动调节，使其达到稳定状态。

3） PID算法

在自动调节状态中，我们采用PID算法实现自动调节。因为在自动控制系统中，PID控制器是得到广泛应用的1种控制方法。由于电机转速与电枢外加电压的大小基本上成正比，这就构成了PID调节的基础。在采样时刻t=i×T(T为采

样周期，i为正整数)，模拟PID控制器调节规律的数学模型可以用微分方程来表示：u(t)=Kp[e(t)+

?e(t)dt+Td*

de(t)dt

]。结构框图如图8所示：

4）光电式编码器检测角度

图8 PID算法模块的程序流程图

本设计中，我们采用光电式编码器来检测角度，它的检测方法如下所述: 由于编码器有相位相差90°的两路脉冲信号（A,B）,当计算开始时设置A、B信号所对应的I/O口为上、下沿触发中断。设置计数器Count并清零，设置A、B当前状态标志为Moden A、B前1个状态标志（历史状态标志为Modeo,采样A、B的状态，使Moden= Moden=当前状态。 A、B当前的状态可能为：00B,01B,11B,10B(二进制数)，用二进制表示为0x00,0x01,0x03,0x02。然后进行正反向计数，即当A、B的边沿中断到来时，采样A、B状态并把采样状态送给当前状态标志Moden,然后判断Moden的状态，正向转动时，状态量加，反向转动时状态量减。

四、测试方法与数据 4.1测试方案

1）硬件测试

1、硬件调试时，可先检查印制板及焊接的质量是否符合要求，有无虚焊点及线路间有无短路、断路。然后用万用表检测，检查无误后，可通电检查数码管以及键盘电路的好坏。

2、轴流风扇控制驱动电路的测试，用数字示波器检测PWM信号是否正常，占空比是否可调，是否和轴流风扇转速相对应。

3、角度检测电路的测试，当转动光电编码器时，用数字示波器检测其输出是否有方波脉冲。 2）软件测试

软件调试是在 Keil 编译器下进行，源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位逐个进行，最后结合硬件实时调试。子程序调试包括：PWM脉宽调制子程序，角度检测子程序，显示电路子程序，键扫描子程序等。

4.2测试条件与仪器

1）测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并

且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

2）测试仪器：数字示波器（DS1102E），数字万用表，量角器。

4.3测试结果与分析

4.3.1测试结果（数据）

4.3.2测试分析与结果

根据上述测试数据，在手动调节中显示非常精确，但在自动调节中角度调节误差相对比较大，由此可以得出以下结论：

在角度设置比较小时，达到设定值的调节时间相对较长，因为角度设置较小时，为保证风扇转动，需占空比较大。

五、结论

此设计采用光电编码器对帆板的角度进行检测，结合M3编程，经过对系统各电路和实际运行的测试，完成了设计要求。在系统的设计过程中力求测量精度高，稳定可靠。因为时间有限，该系统还有一些改进的地方，如调整时间可以缩短等。

参考文献

1 李全利.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2009年1月

2 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编.北京:北京理工大学出版社,2004年8月

3 刘振庭，懂蕴华.模拟电子技术.北京:机械工业出版社,2006年7月 4 韩党群，杨勇.电子工程师项目式教学与训练.西安：西安电子科技大学出版社，2010年2月

2011年全国电子设计竞赛F题(帆板控制系统设计)报告 36_帆板控制系统

二 : “毕升杯”全国电子创新设计竞赛邀请函 65

致：教务主管部门、创新竞赛实验室、高等学校

2010~2011年度第六届“毕昇杯”全国电子创新设计竞赛定于2010年9月1日正式启动！

为响应国家创新型人才发展需求、为建设创新型国家作出贡献，“毕昇杯” 竞赛组委会联合国内外致力于教育创新型企业联合开展全国电子创新设计竞赛。竞赛由北京精仪达盛科技有限公司主办，美国德州仪器（TI）公司、英国ARM公司、北京航空航天大学出版社、华清远见科技信息有限公司协办。

一、总则

1、指导思想：纪念中华民族的“四大发明”的伟大创举，弘扬民族创新的精神，传承中国悠久的历史文化，发扬中华民族发明创新的传统美德，振兴中华民族！

2、竞赛特点与特色：帮助中国高等院校全面提高大学生（高职高专生、本科生、研究生）电子毕业设计、创新设计水平，全面改变目前大学生动手能力弱的现状，培养当代大学生的创新意识和实际动手能力,提高学生就业竞争能力，并为全国高校间的学术交流提供一个良好的平台。

二、组织领导

主办方：北京精仪达盛科技有限公司

协办方：美国德州仪器（TI公司）

英国ARM公司

北京航空航天大学出版社

华清远见科技信息有限公司

支持媒体：嵌入式技术网（http://www.icembed.com）

《单片机与嵌入式系统应用》杂志社

《电子制作》杂志社

三、竞赛规则

1、参赛对象——全日制在校电子类或相关专业的研究生、本科生、高职高

专生；

2、报名方式——每个队由一至两名指导老师和一至三名学生组成，填写电子报名表提交到指定邮箱或者书面打印填写完整传真或邮寄到竞赛组委会；

3、参赛组别——三个组别：研究生组、本科组、高职组；

4、参赛命题——参赛队自拟命题，命题要求必须具备创新性、实用性、技术先进性、可靠性、经济性之一；

5、参赛费用——组委会不对参赛队收取报名费、参赛费、专家评审费等费用；

6、竞赛平台——E-TRY电子竞赛创新设计套件，CPU开发板+通用板+适配器板。

7、竞赛特惠——首次报名参加“毕昇杯”全国电子创新设计竞赛的高校，经组委会核实，可以向组委会申请借用2套Cortex M3系列的E-TRY电子竞赛创新设计套件（Cortex M3型号有：EXP-LM3S615、EXP-LM3S811、EXP-LM3S6952、EXP-LM3S2948、EXP-LM3S3749）。

四、竞赛时间：

? 报名时间：2010年09月15日—2010年11月10日； ? 提交时间：2011年04月01日—2011年04月05日； ? 初赛时间：2011年04月05日—2011年04月10日； ? 决赛时间：2011年04月中旬。

五、参赛流程：

? 报名：登录网站（http://www.techshine.com——毕昇杯竞赛专栏）下载报名表，按照“参赛报名”中的说明组队，选题，按要求准确、完整填写报名表，提交报名表到毕昇杯组委会报名邮箱（design@techshine.com）； ? 核准：报名表提交后一周内完成审核。组委会将邮件回复参赛队是否通过报名审核；

? 设计：参赛队经核准后将进入设计阶段，组委会将在嵌入式技术网（http://www.icembed.com）开通毕昇杯论坛专栏，由毕昇杯竞赛专员解答竞赛问题，进行技术指导；

? 初赛：按照“作品提交”要求将作品电子文件、书面文件、作品演示视

频文件或者实物作品发到“毕昇杯”组委会，对提交的所有有效作品，组委会将组织专家评选并进行逐个打分，最终选出决赛入围名单； ? 决赛入围：按照组委会公布的决赛赛程，准时到指定地点参加决赛，决赛队需要现场演示作品并简要说明课题设计中个人攻克的主要技术点、创新点，决赛评委将从毕昇杯历届专家评审中产生；

? 颁奖：决赛入围队将现场颁奖，未入围决赛队伍将按照初赛成绩评选出各个奖项，获奖名单将公布到毕昇杯网站，获奖队的证书将于成绩公布后以邮寄方式发给参赛队指导老师。

六、作品提交内容：

作品论文、源程序、流程图、原理图、外围PCB制版图、演示程序、实物照片、作品演示视频文件、团队介绍、团队照片、作品原创声明。

七、奖项设置：

八、毕昇杯组委会：

1、联系方式：

地址：北京市海淀区长春桥路5号新起点嘉园2-1501室

电话：010-82564899

报名邮箱：design@techshine.com

活动网站：www.techshine.com www.icembed.com

邮编：100089

2、部分专家评委

罗伟雄：北京理工大学，教授，全国大学生电子设计竞赛专家组成员赵振纲：北京邮电大学，教授，全国大学生电子设计竞赛专家组成员

侯建军：北京交通大学，教授，北京市电子竞赛的专家组成员,教育部国家工科电工电子基地主任

段玉生：清华大学,副教授，电工电子教学实验中心副主任

九、活动申明：

1、活动参与方本着自觉自愿的原则，组织方本着公平、公正的原则。

2、严格遵守国际通行的知识产权法律法规,在未经允许或授权的情况下,不向第三方提供参赛所递交论文的全部或部分,不公开参赛所递交论文涉及的核心技术及成果。

3、承办方可以协助获奖队获奖作品申请国家专利，由此产生的费用由获奖队自理。

4、设计者所使用的技术和设计方案,如有剽窃等行为,后果由设计者负责。

十、本活动最终解释权属“毕昇杯”竞赛组委会所有。

附：2011年“毕昇杯”全国电子创新设计竞赛报名表

“毕昇杯”全国电子创新设计竞赛组委会

二〇一〇年九月一日

三 : 2013全国电子设计竞赛_手写绘图板设计报告

2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（

手写输入板 2013全国电子设计竞赛_手写绘图板设计报告

G题）

【本科组】

学校:

院系：物理与电子工程学院

成员：

指导老师：

2013年9月6日

手写输入板 2013全国电子设计竞赛_手写绘图板设计报告

摘要：本系统以飞思卡尔半导体公司的16位MC9S12X128单片机为核心，利用普通PCB覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。［www.61k.com］设计并制作了一个分辨率为12*的PCB坐标定位系统。该系统可以快速实现坐标显示，显示触点四象限值，图形绘制。将15*10cm的PCB板所在的测定范围12*8cm的像素点显示在液晶LCD12864上。

关键字：MC9S12XS128LCD12864PCB定位

Abstract:thesystemof16bitMC9S12X128microcontrollerFreescaleSemiconductorIncasthecore,theuseofordinaryPCBcoppercladlaminatedesignandmakinghandwrittendrawinginputdevice.ThedesignandimplementationofaresolutionofPCBcoordinatepositioningsystem12*.Thesystemcanquicklyrealizethecoordinatedisplay,displaycontactfourquadrant,graphicsrendering.Thepixelpointdeterminationrange12*8cmPCBboard15*10cmisdisplayedontheLCD12864.Andthroughthebuttonswitchbetweenthedifferentfunctions.

Keywords:MC9S12XS128LCD12864PCB

手写输入板 2013全国电子设计竞赛_手写绘图板设计报告

1系统方案..........................................................................................................................................1

1.1手写绘图输入设备的论证与选择.....................................................................................1

1.2电源模块..............................................................................................................................1

1.3输入检测放大电路..............................................................................................................1

1.4显示的论证与选择..............................................................................................................2

1.5微控制器的选择与选择......................................................................................................22系统理论分析与计算......................................................................................................................3

2.1电压大小与距离的分析......................................................................................................3

2.1.1单位电压的距离：...................................................................................................3

2.1.2计算表笔与四个角的距离：...................................................................................3

2.2求表笔到覆铜板一边的距离.............................................................................................43电路与程序设计..............................................................................................................................4

3.1电路的设计...........................................................................................................................4

3.1.1电源............................................................................................................................4

3.1.2检测放大电路子系统框图与电路原理图...............................................................4

3.1.3显示电路子系统电路原理图...................................................................................6

3.2程序的设计...........................................................................................................................7

3.2.1程序功能描述与设计思路.......................................................................................7

3.2.2程序流程图................................................................................................................74测试方案与测试结果......................................................................................................................9

4.1测试方案..............................................................................................................................9

4.2测试条件与仪器..................................................................................................................9

4.3测试结果及分析..................................................................................................................9

4.3.1硬件测试结果(数据).................................................................................................9

4.3.2综合测试结果(数据).................................................................................................9

4.3.3测试分析与结论........................................................................................................9

4.3.4误差分析：..............................................................................................................10

4.3.5低功耗设计：..........................................................................................................10附录1：电路实物图........................................................................................................................11附录2：部分源程序........................................................................................................................11

III

手写输入板 2013全国电子设计竞赛_手写绘图板设计报告

手写绘图板（G题）

【本科组】

1系统方案

本系统主要由手写绘图电源模块、输入模块、输入检测放大模块、显示模块、微控制器模块组成如图1.1

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所示，下面分别论证这几个模块的选择。［www.61k.com]

图1.1系统模块图

1.1手写绘图输入设备的论证与选择

采用测量覆铜板电阻大小的原理，表笔接负极。在覆铜板四个角上各接一个电阻接电源，当表笔接触到覆铜板上，测量表笔到四个角的电压，根据电压信号可以计算表笔的坐标。覆铜板的电阻非常小，上面分得的电压就比较小，所以要对信号进行放大。

1.2电源模块

因为要求用12V直流电源，而系统中的最小控制模块、放大模块、电阻检测模块都用到的5V直流电。因此采用芯片LM2940稳压，相比LM7809而言2940稳定性更好，发热现象也没那么严重。

1.3输入检测放大电路

检测放大电路由惠斯通电桥电路与两级集成运放放大电路组成。惠斯通电桥一端接125mA恒流源，另一端接地。覆铜板串联在惠斯通电桥的一个支路的两个电阻中间，两级集成运放放大电路，对覆铜板上的变化电压信号进行两级放大。第一级对变化电压信号进行差分放大，第二级进行反向放大。

1、恒流源

我们采用集成运放恒流源，由于温度对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响之显著,由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好,恒流性能更高的优点。在上述情况变化不大的条件下，用LM358来构成双运放恒流源，其输出电流幅度的相对变化不超过0.3%是可能的。前提是替代INA105内部R的4个外部电阻，其实际数值上相差不应超过0.07%。

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2、集成运放放大芯片

因为需要放大的电压是直流，且数值较小几毫伏，所以对运放的要求要温漂小，精度高且放大倍数大。［www.61k.com)因此在经过LM386、NE5532、LM324、OP02、OPA227等多种运放芯片的测试后，综合确定使用OPA227.

OPA227系列运算放大器结合了低噪声和高精度宽的带宽，使他们需要交流和精密应用的理想选择DC性能。整体增益稳定，它进行了优化高闭环增益大于或等于5，并提供速度与10V/μs摆率,带宽为33MHz。实物图如图1.2

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所示。

图1.2放大芯片OPA2227

1.4显示的论证与选择

方案一：采用Nokia5110液晶显示器：

Nokia5110液晶显示器有如下特点：

1)Nokia5110液晶显示器性价比高，工作电压3.3V，正常显示时工作电流200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。但显示屏较小，显示效果在我们所需要的系统中不能完全显示手写显示。

方案二：采用LCD12864：

带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，其显示分辨率为128×64。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令。所以可以用它来模拟覆铜板的坐标。虽然相比Nokia5110其功耗相对较大、速度较低，但其显示屏较大，在我们所需范围内能正常显示PCB板上感测点。

综合考虑采用：选择方案二

1.5微控制器的选择与选择

为了能够在短时间内对全幕进行扫描和存储图形，主控制器件必须有较高的CPU工作频率和存储空间。

方案一：采用瑞萨单片机

瑞萨单片机优点低功耗：有低速/高速高精度内部振荡器，强大的功耗控制能力，A/D参考电压可切断，定时器时钟源可选。高速、高精度内部振荡器(外接晶振引脚可用作输入端口)，内部上电复位电路，低电压检测电路，数据闪存（可代替E2PROM）。代码效率高：强大的指令系统——总共89条指令，很多单周期指令（且使用频率非常高），8种寻址模式，强大的数学运算指令，RMPA为乘累加指令，高效、优化的C编译器——在设计指令体系时就充分考虑了C语言特点。但是目前我们对瑞萨单片机还

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不太熟悉。［www.61k.com］实物图如图1.3

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所示。

图1.3瑞萨16位单片机-M30260F6

方案二：采用飞思卡尔半导体公司16位MC9S12XS128单片机

采用飞思卡尔半导体公司16位MC9S12XS128单片机为核心控制器件，由16位中央处理单元（CPU12X）、128KB程序Flash(P-lash)、8KBRAM、8KB数据Flash(D-lash)组成片内存储器，指令系统与S12兼容CPU工作频率最高可达80MHz，16通道高达12位精度A/D采集模块，7级中断嵌套和7个中断优先级，CRG模块，COP看门狗，实时中断及时钟监视器。如此能够实现快速扫描和数据处理。实物图如图1.4

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所示。

图1.4MC9S12XS128单片机

因为在竞赛之前没使用过瑞萨16位单片机，因此要在短时间内学习该单片机对于我们来说相对困难，因此采用平时较为熟悉的采用飞思卡尔半导体公司16位MC9S12XS128单片机为核心控制器件。

2系统理论分析与计算

2.1电压大小与距离的分析

2.1.1单位电压的距离：

用覆铜板上的电压降的长度比上电压，得到的比值记为k。

rk?d

2.1.2计算表笔与四个角的距离：

测得覆铜板四个角的电压vi，用各个电压值乘以k，便得到各个角到表笔的距离di。

di?vi?k

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2.2求表笔到覆铜板一边的距离

用相邻两角到表笔的距离和两角的夹边构成三角形。(www.61k.com］因为三个边长为已知量，根据余弦定理，便可求出表笔到各边的距离。

3电路与程序设计

3.1电路的设计

3.1.1电源电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供5V或者12V电压，确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。

3.1.2检测放大电路子系统框图与电路原理图

检测放大电路由惠斯通电桥电路与两级集成运放放大电路组成。惠斯通电桥一端接125mA恒流源，另一端接地。覆铜板串联在惠斯通电桥的一个支路的两个电阻中间，两级集成运放放大电路，对覆铜板上的变化电压信号进行两级放大。第一级对变化电压信号进行差分放大，第二级进行反向放大。如图3.1

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所示。

图3.1检测放大电路系统框图

1、恒流源

恒流源,是一种能向负载提供恒定电流的电源装置，它在外界电网电源产生波动和阻抗特性发生变化时仍能使输出电流保持恒定。恒流源电路具有输出电流恒定、温度稳

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定性好、直流电阻很小但等效交流输出电阻却很大等特点。[www.61k.com］恒流范围大致为1μA～20A。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点,又可以作为其有源负载,以提高放大倍数。并且在差动放大电路、脉冲产生电路中也得到了广泛应用。

我们采用集成运放恒流源，由于温度对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响之显著,由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好,恒流性能更高的优点。尤其在负载一端需接地,要求大电流的场合,获得了广泛应用。在上述情况变化不大的条件下，用LM358来构成双运放恒流源，其输出电流幅度的相对变化不超过0.3%是可能的。前提是替代INA105内部R的4个外部电阻，其实际数值上相差不应超过0.07%

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。

图3.2恒流源电路

2、放大电路子系统电路

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图3.3放大电路子系统电路图

3.1.3显示电路子系统电路原理图

1、LCD12864子系统电路图

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图3.4LCD12864子系统电路图

3.2程序的设计

3.2.1程序功能描述与设计思路

1、程序功能描述

根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示。（www.61k.com)

1）采集A/D转换器转换的电压信号。

2）判断表笔位于覆铜板上坐标y轴的左右位置并显示。

3）判断表笔位于覆铜板上坐标轴四个象限并显示。

4）计算表笔在覆铜板上相应位置的坐标并显示。

5）绘出表笔的运动轨迹。

2、程序设计思路

预先计算出覆铜板上单位距离与电压值的比值，记为k。然后测量覆铜板上四个角的电压值，乘以预先算得的比例系数k，便得到了四个角与表笔的距离。再根据余弦定理求出，表笔与两角的直线和两角的夹边构成的三角形的面积。覆铜板的边长已知，根据三角形面积、底边和高的与的关系，便求出表笔到覆铜板边长的距离，同理可以求出表笔到其它三边的距离，也就是求出了表笔的坐标。

3.2.2程序流程图

1、主程序流程图

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开始

LCD12864

初始化

数据采集，

数据计算

液晶显示坐

标、绘图是检测按键是否按下

否

清除显示屏

图3.5主程序流程图

2、数据采集与处理子程序流程图

开始

对A/D转换器转

换的4个信号进

行采集

计算表笔坐标

坐标送LCD12864显

示，并在相应坐标描点

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图3.6数据采集与处理子程序流程图

4测试方案与测试结果

4.1测试方案

1、硬件测试

为了确定系统与题目要求的符合程度，我们对系统的关键部分进行了实际的测试。[www.61k.com]2、软件仿真测试

为了让硬件故障率降低，在焊接硬件之前，我们先对部分电路仿真。

3、硬件软件联调

直接测试关键部分。

4.2测试条件与仪器

测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字万用表，直流电源，10cm*15cm覆铜板。

4.3测试结果及分析

4.3.1硬件测试结果(数据)

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4.3.3测试分析与结论

根据上述测试数据，在计算出表笔的坐标，由此可以得出以下结论：

1、正确判断出表笔在坐标y轴的左右位置。

2、正确判断出表笔位于覆铜板上坐标轴四个象限。

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3、计算出的表笔坐标存在误差。（www.61k.com）

综上所述，本设计达到设计要求。

4.3.4误差分析：

根据测量结果显示：测量表笔相应位置的坐标时，产生的误差比较大。我们讨论并总结了一下几点差生误差的原因：

（1）算法不够精确（2）环境噪声干扰（3）覆铜板厚度不够均匀，氧化导致单位面积电阻值不均匀。

4.3.5低功耗设计：

覆铜板连接在惠斯通电桥电路中，电桥电路的电阻都比较小，所以功耗也小。

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附录1

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：电路实物图

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检测放大电路图

控制电路图

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显示电路图

附录2：部分源程序

#include"deal.h"

longr,x,y;

longa,b,c,p,q;

longd1,d2,d3,d4;

unsignedchararea;

wordbase1=620,base2=620,base3=200,base4=220;unsignedintsqrt_16(unsignedlongM){

unsignedintN,i;

unsignedlongtmp,ttp;

if(M==0)return0;

N=0;

tmp=(M>>30);

M<<=2;

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if(tmp>1)

{

N++;

tmp-=N;

}

for(i=15;i>0;i--)

{

N<<=1;

tmp<<=2;

tmp+=(M>>30);

ttp=N;

ttp=(ttp<<1)+1;

M<<=2;

if(tmp>=ttp)

{

tmp-=ttp;

N++;

}

returnN;

}

longcalxlable(longdd1,longdd2)

{

longxl;

longm=22500,n=10000,l=360000;

p=m-dd1*dd1;

q=n-dd2*dd2;

a=16*dd1*dd1+36*dd2*dd2-l;

b=16*p*dd1+36*q*dd2;

c=4*(p/100)*p+9*(q/100)*q;

dt=(long)sqrt_16((b/10000)*(b/10000)-4*(a/10000)*(c/100));r=(-b+dt*10000)/(2*a);

if(r<0)r=(-b-dt*10000)/(2*a);

xl=(p+2*r*dd1)/300;

return(xl);

}

longcalylable(longdd1,longdd2)

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{

longyl;

longm=22500,n=10000,l=360000;

p=m-dd1*dd1;

q=n-dd2*dd2;

a=16*dd1*dd1+36*dd2*dd2-l;

b=16*p*dd1+36*q*dd2;

c=4*(p/100)*p+9*(q/100)*q;

dt=(long)sqrt_16((b/10000)*(b/10000)-4*(a/10000)*(c/100));r=(-b+dt*10000)/(2*a);

if(r<0)r=(-b-dt*10000)/(2*a);

yl=(q+2*r*dd2)/200;

return(yl);

}

longcalxlable2(longdd1,longdd2)

{

longxl;

longm=10000,n=22500,l=360000;

p=m-dd1*dd1;

q=n-dd2*dd2;

a=36*dd1*dd1+16*dd2*dd2-l;

b=36*p*dd1+16*q*dd2;

c=9*(p/100)*p+4*(q/100)*q;

dt=(long)sqrt_16((b/10000)*(b/10000)-4*(a/10000)*(c/100));r=(-b+dt*10000)/(2*a);

if(r<0)r=(-b-dt*10000)/(2*a);

xl=(p+2*r*dd1)/200;

return(xl);

}

longcalylable2(longdd1,longdd2)

{

longyl;

longm=10000,n=22500,l=360000;

手写输入板 2013全国电子设计竞赛_手写绘图板设计报告

p=m-dd1*dd1;

q=n-dd2*dd2;

a=36*dd1*dd1+16*dd2*dd2-l;

b=36*p*dd1+16*q*dd2;

c=9*(p/100)*p+4*(q/100)*q;

dt=(long)sqrt_16((b/10000)*(b/10000)-4*(a/10000)*(c/100));r=(-b+dt*10000)/(2*a);

if(r<0)r=(-b-dt*10000)/(2*a);

yl=(q+2*r*dd2)/300;

return(yl);

}

voidsearchdot()

{

longx1,x2,x3,x4;

longy1,y2,y3,y4;

d1=(long)((adc_data[0]-base1)*3/10);

d2=(long)((base2-adc_data[1])*2/10);

d3=(long)((adc_data[2]-base3)*3/10);

d4=(long)((adc_data[3]-base4)*2/10);

x1=calxlable(d1,-d4);

y1=calylable(d1,-d4);

x2=150-calylable2(d2,-d1);

y2=calxlable2(d2,-d1);

x3=150-calxlable(d3,-d2);

y3=100-calylable(d3,-d2);

x4=calylable2(d4,-d3);

y4=100-calxlable2(d4,-d3);

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x=(x1+x2+x3+x4)/4;y=(y1+y2+y3+y4)/4;if(x>75&&y>50)elseif(x>75&&y<50)elseif(x<75&&y<50)elseif(x<75&&y>50)else

}area=1;area=4;area=2;area=3;area=0;

四 : 2013全国电子设计竞赛_手写绘图板设计报告

2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（

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G题）

【本科组】

学校:

院系：物理与电子工程学院

成员：

指导老师：

2013年9月6日

摘要：本系统以飞思卡尔半导体公司的16位MC9S12X128单片机为核心，利用普通PCB覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。设计并制作了一个分辨率为12*的PCB坐标定位系统。该系统可以快速实现坐标显示，显示触点四象限值，图形绘制。将15*10cm的PCB板所在的测定范围12*8cm的像素点显示在液晶LCD12864上。