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基于STC89C52 单片机控制的手写绘图板设计

2014-5-22 13:27| 发布者: dzly| 查看: 655| 评论: 0|原作者: 乐丽琴,贺素霞,杜东洲

摘要: 系统通过和铜板阻值同量级的精准阻性原件康铜丝与铜板四角连接在电路中产生所需小电压信号,利用低成本高精度 仪表放大器件AD620 进行微小信号放大, 用8 位A/D 转换器件PCF8591 对放大后的电压信号作A/D 采集,并发送给主控芯片 STC89C52 单片机进行处理,驱动低功耗LCD12864 显示出表笔所在的位置坐标,设计实现了手写绘图板电路。

  0 引言
  21 世纪的到来,让我们步入了高速化,知识化的信息时代。
  让我们生活中的诸多领域发生了翻天覆地的变化,比比皆是的活动,工作都由计算机接管了下来。甚至连传统的手工绘画工艺也可以通过小巧的绘图板来实现。绘图板的普及将会为人们发挥绘画,书法,多媒体,视频等艺术才干提供了高科技的平台,借助于绘图板以及各个专业制作软件的帮助,图形图像视频等的处理技术必将在艺术领域发挥更好的作用。
  1 方案论证与比较
  方案一:桥式电路法。 利用电桥平衡时,电桥上无电流通过,无压降。可将铜板串入任意一电组,采集桥上的电压变化信号或电流变化信号。优点是结构简单便于制作,缺点是电流过大造成功率过大。极有可能导致系统瘫痪。
  方案二:交流注入法。通过对铜板注入恒定的交流信号Vi,测量出铜板四角的电压响应信号Vo1, Vo2, Vo3,Vo4。以及Vi 分别与Vo1, Vo2, Vo3,Vo4 的相位差θ,由阻抗公式, 以及来确定铜板的内阻。优点是方法合理,且测量精准,但是其过程繁琐,缺乏交流源,成本较高,需要大量的时间去制作。
  方案三:等效电阻法。把铜板等效为四个微小电阻,与其同量级的康铜丝串联接收电路。其输出电压与原电压作差分放大输出,然后经A/D 采集送入主控芯片中做数据处理。优点工艺简洁,易实现,能达成设计要求。
  综合考虑控制电路功耗、成本以及可行性,选择方案三。
  2 核心硬件方案
  2.1 电源模块
  采用成品的12V 蓄电源,且经过集成稳压器件lm2596,该电源驱动能力强,能长时间持续提供稳定电压。利于整个系统的稳定运行,确保测量结果的精准。
  2.2 控制模块
  选择STC89C52 单片机进行系统的控制,该单片机具有IAP 功能,运行稳定,支持在线下载,且内部集成了EEPROM,STC98C52 是我们比较熟悉的一种常用的单片机,指令系统和AT89C52 兼容,价格便宜,较容易购买。
  2.3 显示模块
  使用我们最常见的显示器件LCD1602 显示屏,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。它易于控制,便于操作,并且比较廉价,还能满足题目的要求。
  2.4 A/D 转换模块
  使用8 位A/D 转换器件PCF8591,它具有低功耗、速度快,分辨率高的特点,还能很好的采集出信号,自身具有的功能就能满足本系统要求,另外价格比较适中,节约成本。
  3 系统总体电路的设计
  3.1 硬件电路总体框图
  硬件电路总体框图如图3.1 所示。


  3.2 单元电路设计
  (1)信号采集
  如图3.2 所示粉红色的为标准的康铜丝,红色代表是测试触笔,黑色的长方形就是我们的绘图板。信号从红色表笔(触笔)输入,从四路粉红色康铜丝输出。由于输入(触笔)的位置不同会在四路康铜丝产生不同的电压降,这四路压降就是我们所求的四路采集信号。
  图3.2 信号采集模块
  (2)信号差分放大电路
  为AD620 的内部构造模块,是由三个双极性运算放大器件OP07 组成的差分放大电路,放大倍数可达2000 倍以上。OP07是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器。
  把第一步采集出的四路压降信号分别从AD620 放大电路两输入端输入,然后四路压降小信号经过AD620 差分放大后输出。
  (3)A/D 转换器
  本作品的A/D 转换器,使用PCF8591 。第二部经放大后的电差小信号,通过PCF8591 把模拟信号转换为数字信号。输入单片机进行处理。
  (4)单片机及外围基本电路
  单片机外围电路有基本的石英晶振电路,复位电路,P0 口外接的上拉电阻。
  (5)LCD 显示模块
  LCD 显示模块使用我们最常见的LCD1602 显示屏,它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。数字电压信号经单片机分析处理后直接显示到LCD 上来,清晰明了,简洁大方。
  4 程序设计
  该系统采用51 单片机作为整个系统的控制核心,启动过后系统会自动读取信息,欲完成软件设计主要体现在当表笔放在铜板上不同的位置时,主控芯片单片机能驱动液晶显示屏显示出相应的数据。
  5 坐标点测量方法
  首先在覆铜板上做出如题意的十字坐标,并自行绘制了横纵坐标。当表笔接触某一位置时,记下铜板上该点的坐标和单片机通过A/D 采集分析后经串口通信到电脑上的数值,让单片机对铜板各坐标的串口数据进行学习,以便显示在液晶屏上,虽然此方法比较繁琐,笨拙。但是结果精准可靠,能达到我们所需的坐标显示数值。
  6 总结
  本课题以STC89C52 单片机为核心元件,设计了一款手写绘图板。系统通过和铜板阻值同量级的精准阻性原件康铜丝与铜板四角连接在电路中产生所需小电压信号,利用高精度仪表放大器件AD620(内含三个OP07)设计差分小信号放大模块并进行微小信号放大,使用PCF8591 作A/D 采集芯片,以低功耗LCD12864 作业显示控制器件显示出表笔所在的位置坐标。此外本系统还附加有短路保护功能,按键控制功能,还可以对电路中的各电参数进行检测和显示。整体机构紧凑,硬件结构简单,工作可靠稳定,成本低、效率高,较好达到了基本指标。
  
  

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