2013年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽--手寫繪圖板

1、2021年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽手寫繪圖板G題【本科組】2021年9月4日摘要本文設(shè)計(jì)的是低功耗簡(jiǎn)易手寫繪圖板，系統(tǒng)采用Arm STM32F103VBT6為控制核心，用12v的單一電源供電，再經(jīng)電路變換后分別向ARM處理器、放大器、恒流源提供+5v、±5v、12v的電源。恒流源模塊提供兩路驅(qū)動(dòng)電流，由ARM微控制器交叉控制對(duì)角兩路電流，手寫筆的電壓信號(hào)經(jīng)儀表放大器放大，AD采樣，由ARM控制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法，將繪圖板電壓的物理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為顯示器的邏輯坐標(biāo)。通過(guò)測(cè)試，設(shè)計(jì)手寫繪圖板可正確顯示觸點(diǎn)的坐標(biāo)及象限，記錄表筆運(yùn)動(dòng)的軌跡。測(cè)量分辨率為1mm，工作電流小于50mA，顯示界面清晰友好。關(guān)鍵

2、詞：手寫繪圖板，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法，微控制器目錄1任務(wù)與要求11.1任務(wù)11.2設(shè)計(jì)要求1根本要求：1發(fā)揮局部：12系統(tǒng)方案22.1控制模塊比擬與選擇22.2恒流源模塊比擬與選擇22.3放大模塊比擬與選擇32.4液晶顯示模塊比擬與選擇33系統(tǒng)理論分析與計(jì)算33.1控制時(shí)序分析33.2恒流源設(shè)計(jì)分析43.3放大電路設(shè)計(jì)分析4設(shè)計(jì)要點(diǎn)43.4坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量計(jì)算4坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型的建立5測(cè)量值到估算值的轉(zhuǎn)換64電路與程序設(shè)計(jì)74.1總體設(shè)計(jì)74.2電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)84.3恒流源電路設(shè)計(jì)84.4放大電路設(shè)計(jì)94.5低功耗設(shè)計(jì)94.6程序的設(shè)計(jì)9程序流程圖95系統(tǒng)測(cè)試105.1軟件仿真測(cè)試105.2測(cè)試條件與儀

3、器125.3測(cè)試結(jié)果及分析12測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))12測(cè)試分析與結(jié)論126方案調(diào)整136.1放大模塊調(diào)整136.2恒流源模塊變換137結(jié)論138參考文獻(xiàn)：13附錄15附錄1：元器件明細(xì)表：15附錄2：儀器設(shè)備清單：15附錄3實(shí)物照片：15任務(wù)與要求1.1 任務(wù)利用普通 PCB 覆銅板設(shè)計(jì)和制作手寫繪圖輸入設(shè)備。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 11所示。覆銅板四角用導(dǎo)線連接到電路，同時(shí)，一根帶導(dǎo)線的普通表筆連接到電路。表筆可與覆銅板外表任意位置接觸，電路應(yīng)能檢測(cè)表筆與銅箔的接觸，并測(cè)量觸點(diǎn)位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手寫繪圖功能。圖 01 系統(tǒng)構(gòu)成框圖1.2 設(shè)計(jì)要求1.2.1 根本要求：1指示功能：表筆接觸銅箔外表時(shí)，能給出

4、明確顯示。2能正確顯示觸點(diǎn)位于縱坐標(biāo)左右位置。3能正確顯示觸點(diǎn)四象限位置。4能正確顯示坐標(biāo)值。5顯示坐標(biāo)值的分辨率為10mm，絕對(duì)誤差不大于5mm。1.2.2 發(fā)揮局部：1進(jìn)一步提高坐標(biāo)分辨率至8mm和6mm；要求分辨率為8mm時(shí)，絕對(duì)誤差不大于4mm；分辨率為6mm時(shí)，絕對(duì)誤差不大于3mm。2繪圖功能。能跟蹤表筆動(dòng)作，并顯示繪圖軌跡。在A區(qū)內(nèi)畫三個(gè)直徑分別為20mm，12mm和8mm不同直徑的圓，并顯示該圓；20mm的圓要求能在10s內(nèi)完成，其它圓不要求完成時(shí)間。3低功耗設(shè)計(jì)。功耗為總電流乘12V；功耗越低得分越高。要求功耗等于或小于1.5W。4其他。如顯示文字，提高坐標(biāo)分辨率等。系統(tǒng)方案本

5、系統(tǒng)主要由控制模塊、恒流模塊、放大模塊、顯示模塊、電源模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。1.3 控制模塊比擬與選擇方案一：采用FPGA做主控制器，由FPGA來(lái)完成采集和信號(hào)處理等底層的核心計(jì)算，它是作為專用集成電路ASIC領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的缺乏，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。但FPGA控制功能稍顯缺乏，大電流小電壓處理有些困難，但它的功能強(qiáng)大，功耗較低，可快速成品。方案二：采用AT89S52單片機(jī)做主控制器，AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編

6、程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。它的本錢低，易控制，易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：運(yùn)行速度慢，存儲(chǔ)容量小，難以完成復(fù)雜的運(yùn)算。方案三：采用ARM微處理做主控芯片，ARM處理器是一個(gè)32位元精簡(jiǎn)指令集(RISC)處理器架構(gòu)，因其計(jì)算速度快，耗電少、功能強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大，已被廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要缺乏是設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要有一定開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)以上三個(gè)方案比擬，為了實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)的低功耗及高速的運(yùn)算速度，故采用方案三。1.4 恒流源模塊比擬與選擇為了能夠檢測(cè)繪圖板觸筆位置，需要在導(dǎo)電的PCB板上形成一定強(qiáng)度的電流，考慮到功耗和電源的限制，故需要設(shè)計(jì)恒流源電路

7、。方案一：選用場(chǎng)效應(yīng)管恒流源。其根本電路與晶體管恒流源類似。場(chǎng)效應(yīng)管恒流源較之晶體管恒流源，其等效內(nèi)阻較小，但增大電流負(fù)反應(yīng)電阻，場(chǎng)效應(yīng)管恒流源會(huì)取得更好的效果。且無(wú)需輔助電源，是一個(gè)純兩端網(wǎng)絡(luò)，這種工作方式十分有用，可以用來(lái)代替任意一個(gè)歐姆電阻。方案二：選用集成運(yùn)放LM317恒流源。由于溫度對(duì)集成運(yùn)放參數(shù)的影響不如對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)影響之顯著，使得集成運(yùn)放構(gòu)成的恒流源具有穩(wěn)定性更好，恒流性能更高的優(yōu)點(diǎn)。尤其在負(fù)載一端需接地，要求大電流的場(chǎng)合，獲得了廣泛應(yīng)用。方案三：集成運(yùn)放與場(chǎng)效應(yīng)管與三極管配合使用。這樣設(shè)計(jì)的電路集合了集成運(yùn)放恒流源、三極管與場(chǎng)效應(yīng)恒流源的特點(diǎn)，三者之間相互補(bǔ)充，使其功耗更低，

8、穩(wěn)定性更好，恒流性能更高。綜上所述，我們決定選用最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案三。1.5 放大模塊比擬與選擇方案一：采用LOG114。LOG114是一款直流精度的高速度、高精度對(duì)數(shù)放大器。該器件能夠以升降時(shí)間1微秒的超高速計(jì)算輸入電流或電壓與參考電流或電壓的對(duì)數(shù)或?qū)?shù)比。LOG114提供8個(gè)數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍和通過(guò)完整測(cè)試的對(duì)數(shù)功能，無(wú)需外部組件配合。它的尺寸較小，具有極低的輸入偏置電流、低偏置電壓、低偏移電壓漂移，非常適合電壓數(shù)目有限的單電源系統(tǒng)。缺點(diǎn)：價(jià)格高，輸入電路設(shè)計(jì)不夠靈活。方案二：采用INA128。INA128是低功耗、高精度的儀表放大器。具有精密增益模塊，輸入為差分式，輸出可以是差分式，也可以是

9、相對(duì)于參考端的單端式。能夠放大兩個(gè)輸入信號(hào)電壓之間的差值，同時(shí)抑制兩個(gè)輸入端共有的任何信號(hào)。它把關(guān)鍵元件集成在放大器內(nèi)部，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使它具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線性誤差、低失調(diào)漂移增益設(shè)置靈活、放大倍數(shù)調(diào)整非常方便等特點(diǎn)。廣泛用于許多工業(yè)、測(cè)量、數(shù)據(jù)采集和醫(yī)療應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量區(qū)域范圍的準(zhǔn)確性及低功耗的性能，我們采用方案二。1.6 液晶顯示模塊比擬與選擇方案一：采用LCD1602。LCD1602是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊顯示字符和數(shù)字。由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器CRT那樣需

10、要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。而且它的體積小，質(zhì)量輕，但是它顯示單一，不可以顯示漢字和圖像。方案二：采用LCD12864。帶中文字庫(kù)的 128X64 是一種具有 4 位/8 位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、 二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；該模塊接口方式靈活，具備簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字。也可完成圖形顯示。而且低電壓、低功耗，價(jià)格相比其他模塊略低。方案三：采用3.2 TFT LCD ILI9325模塊。顯示功能強(qiáng)大，可顯示文字和圖形，顯示內(nèi)容清晰，有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)

11、程序和庫(kù)函數(shù)支持。缺乏之處是程序較復(fù)雜，功耗稍大。綜上所述，為了顯示更全面的界面，我們選擇方案三。系統(tǒng)理論分析與計(jì)算1.7 控制時(shí)序分析在觸點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，采用表筆時(shí)差檢測(cè)分別確定s，t軸的電位。通過(guò)使能端控制兩路信號(hào)輸入。當(dāng)表筆動(dòng)作時(shí)，先檢測(cè)出s軸的電位，再檢測(cè)t軸的電位，以確定觸點(diǎn)坐標(biāo)。通過(guò)ARM控制，送入LCD顯示。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)的控制時(shí)序如圖 41所示。圖 01 控制時(shí)序1.8 恒流源設(shè)計(jì)分析恒流源是一種能向負(fù)載提供恒定電流的電源裝置，它在外界電源產(chǎn)生波動(dòng)和阻抗特性發(fā)生變化時(shí)仍能使輸出電流保持恒定。恒流源電路具有輸出電流恒定、溫度穩(wěn)定性好、直流電阻很小但等效交流輸出電阻卻很大等特點(diǎn)。恒流

12、范圍大致為1µA20A。它既可以為各種放大電路提供偏流以穩(wěn)定其靜態(tài)工作點(diǎn)，又可以作為其有源負(fù)載，以提高放大倍數(shù)。本系統(tǒng)采用場(chǎng)效應(yīng)管與集成運(yùn)放與三極管等構(gòu)成恒流源。向覆銅板上供電。場(chǎng)效應(yīng)器件憑借其低功耗、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)在集成電路中應(yīng)用廣泛，集成運(yùn)放穩(wěn)定性好、恒流性能高。通過(guò)兩者結(jié)合，使其低功耗、穩(wěn)定性、恒流性到達(dá)較高。1.9 放大電路設(shè)計(jì)分析放大電路主要由兩個(gè)精密低功耗的INA128的儀表放大器組成，系統(tǒng)由單一電源供電，經(jīng)由電源降壓轉(zhuǎn)換后向放大模塊供入5v的電壓。INA128是一種具有差分輸入和相對(duì)參考端單端輸出的閉環(huán)增益組件，具有差分輸出和相對(duì)參考端的單端輸出。與運(yùn)算放

13、大器不同之處是運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益是由反相輸入端與輸出端之間連接的外部電阻決定，而儀表放大器那么使用與輸入端隔離的內(nèi)部反應(yīng)電阻網(wǎng)絡(luò)。儀表放大器的2個(gè)差分輸入端施加輸入信號(hào)，其增益即可由內(nèi)部預(yù)置，也可由用戶通過(guò)引腳內(nèi)部設(shè)置或者通過(guò)與輸入信號(hào)隔離的外部增益電阻預(yù)置。1.9.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)注意關(guān)鍵元器件的選取，要注意使運(yùn)放 的特性盡可能一致;選用電阻時(shí)，應(yīng)該使用低溫度系數(shù)的電阻，以獲得盡可能低的漂移;對(duì)R4，R5 和 R6 的選擇應(yīng)盡可能匹配.(2)要注意在電路中增加各種抗干擾措施，比方在電源的引入端增加電源退耦電容，在信號(hào)輸入端增加 RC 低通濾波或在運(yùn)放 A1，A2 的反應(yīng)回路增加高頻消噪電

14、容，在 PCB 設(shè)計(jì)中精心布局合理布線，正確處理 地線等，以提高電路的抗干擾能力，最大限度地發(fā)揮電路的性能1.10 坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量計(jì)算對(duì)手寫板進(jìn)行測(cè)試時(shí)，為了確定A區(qū)與B區(qū)的范圍提高測(cè)量精度，我們需要通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、點(diǎn)位校正。1.10.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型的建立1、根本信息設(shè)直角坐標(biāo)系(x-y)的水平軸為x軸，垂直軸為y軸。繪圖板上的電位坐標(biāo)為非直角坐標(biāo)系(s-t)，其兩個(gè)軸分別為s軸和t軸。直角坐標(biāo)系(x-y)與非直角坐標(biāo)系(s-t)的原點(diǎn)相同，x軸與s軸的夾角為，t軸與s軸的夾角為2。2、坐標(biāo)點(diǎn)表示設(shè)直角坐標(biāo)系(x-y)某坐標(biāo)點(diǎn)為P1(x1，y1)。對(duì)應(yīng)的非直角坐標(biāo)系(s-t

15、)的坐標(biāo)點(diǎn)為Q1(s1，t1)。P1(x1，y1)和Q1(s1，t1)到原點(diǎn)的距離均為L(zhǎng)1。P1(x1，y1)與x軸的夾角為1；Q1(s1，t1)與s軸的夾角為1。非直角坐標(biāo)系(s-t)的4象限如圖 42所示：圖 02非直角坐標(biāo)系(s-t)的4象限圖 03坐標(biāo)轉(zhuǎn)換3、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換如圖 03所示：由Q1(s1,t1)求P1(x1,y1)：x=(t+s)/(2*cos); y=(t-s)/(2*sin);由P1(x1,y1)求Q1(s1,t1)：s= cos*x-sin*y; t= cos*x+ sin*y;4、基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)照如表格 41所示：表格 01基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)照stxyPx位置說(shuō)明0.00

16、00.000000原點(diǎn)1.3873.606321A區(qū)右上-3.606-1.387-322A區(qū)左上-0.832-4.160-3-33A區(qū)左下1.3873.606324A區(qū)右下2.7747.211645B區(qū)右上t最大-7.211-2.774-646B區(qū)左上s最小-2.774-7.211-6-47B區(qū)左下t最小7.2112.7746-48B區(qū)右下s最大2.4962.496309A區(qū)右中-1.1091.1090210A區(qū)上中-2.496-2.496-3011A區(qū)左中1.109-1.1090-212A區(qū)下中4.9924.9926013B區(qū)右中x最大-2.2192.2190414B區(qū)上中y最大-4.992

17、-4.992-6015B區(qū)左中x最小2.219-2.2190-416B區(qū)下中y最小1.10.2 測(cè)量值到估算值的轉(zhuǎn)換銅板上任意點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量值，先對(duì)應(yīng)到我們定義的s-t軸坐標(biāo)s,t然后轉(zhuǎn)化到x-y軸坐標(biāo)x,y。我們先測(cè)量四個(gè)對(duì)角定點(diǎn)的實(shí)際值電壓值，切定點(diǎn)在以確定的x-y軸坐標(biāo)上，然后任意實(shí)際測(cè)量值，算到對(duì)應(yīng)的x-y坐標(biāo)，該坐標(biāo)是估算出來(lái)的。建立相應(yīng)C語(yǔ)言的類型如下：typedef struct int Tab_w;/width: B區(qū) 60=120/2 A區(qū)：30=60/2int Tab_h;/high: B區(qū) 40=80/2 A區(qū)：20=40/2int s_base;/s軸基準(zhǔn) minint

18、s_full; /s軸滿程 maxint s_delta;/s軸差值 max-minint s_mid;/s軸中心值 實(shí)際測(cè)試值 理論上為 (max-min)/2int t_base;/t軸基準(zhǔn) minint t_full; /t軸滿程 maxint t_delta;/t軸差值 max-minint t_mid;/t軸中心值 實(shí)際測(cè)試值 理論上為 (max-min)/2int s_axis;/當(dāng)前s軸坐標(biāo)int t_axis;/當(dāng)前t軸坐標(biāo)int x_axis;/當(dāng)前x軸坐標(biāo)int y_axis;/當(dāng)前y軸坐標(biāo)coordinate; /坐標(biāo)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)算法的表達(dá)式如下：Cx=a*(sec2)

19、Kxs=Cx/s_delta0Kxt=Cx/t_delta0Kxs0=-Kxs*s_mid0Kxt0=-Kxt*t_mid0x=Kxs*s+Kxt*t+Kxs0+Kxt0Cy=b*(csc2)Kys=-Cy/s_delta0Kyt=Cy/t_delta0Kys0=-Kys*s_mid0Kyt0=-Kyt*t_mid0y=Kys*s+Kyt*t+Kys0+Kyt0電路與程序設(shè)計(jì)1.11 總體設(shè)計(jì)本文利用普通PCB覆銅板設(shè)計(jì)和制作手寫繪圖輸入設(shè)備。普通覆銅板尺寸為15cm×10cm，其四角用導(dǎo)線連接到電路，同時(shí)，一根帶導(dǎo)線的普通表筆連接到電路。表筆可與覆銅板外表任意位置接觸，電路應(yīng)能檢測(cè)

20、表筆與銅箔的接觸，并在LCD上顯示測(cè)量的坐標(biāo)位置及對(duì)應(yīng)的象限，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手寫繪圖功能。總體框圖如圖 51所示：圖 01總體框圖1.12 電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)由三端穩(wěn)壓電源輸入12v電壓，電壓轉(zhuǎn)換電路如圖 52所示：圖 02電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換流程圖如圖 53所示：圖 03電壓轉(zhuǎn)換流程圖1.13 恒流源電路設(shè)計(jì)恒流源模塊主要由三端可調(diào)正穩(wěn)壓器LM317及MOS管等低功耗器件構(gòu)成。恒流源的主要作用是給覆銅板供電，并維持電流的穩(wěn)定。恒流源電路設(shè)計(jì)如圖 54所示：圖 04恒流源電路1.14 放大電路設(shè)計(jì)當(dāng)電壓流出覆銅板，為了檢測(cè)電壓信號(hào)，需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)放大。采用INA128為核心，設(shè)計(jì)低功耗放大器。具

21、體的放大電路如圖 55所示：圖 05電壓放大電路1.15 低功耗設(shè)計(jì)在電子技術(shù)不斷開(kāi)展的今天，對(duì)于研究人員來(lái)說(shuō)除了提高產(chǎn)品的性能和使用效率，更要在此根底上降低產(chǎn)品的功耗。低功耗設(shè)計(jì)并不僅僅是為了省電，更多的好處在于降低了電源模塊及散熱系統(tǒng)的本錢、由于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著設(shè)備溫度的降低，器件壽命那么相應(yīng)延長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)課題所要求的低功耗所以此題的低功耗設(shè)計(jì)為：1選用功耗低的MCU，使用STM32F103VBT6芯片為控制核心，此芯片功耗小功能強(qiáng)。2合理選擇器件的電壓，采用單一電源供電，經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換后向各個(gè)模塊輸送電壓。3盡量降低器件的工作頻率，選擇精密、高精度的INA12

22、8放大器及低功耗的集成運(yùn)放與場(chǎng)效應(yīng)管侯成恒流源模塊。4盡量關(guān)閉MCU內(nèi)部不用的資源。5軟件與硬件配合來(lái)降低功耗。特別是利用微控制器的控制功能，將恒流源采用脈沖供電，占空比小于2%，使得功耗大大降低。1.16 程序的設(shè)計(jì)1.16.1 程序流程圖系統(tǒng)軟件基于ARM 系統(tǒng)LX-1A開(kāi)發(fā)，在主程序中，首先對(duì)LCD、定時(shí)中斷T0等進(jìn)行初始化，給任務(wù)變量賦初值，在數(shù)據(jù)采集后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換及坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并送LCD顯示，同時(shí)等待中斷。進(jìn)入中斷后，任務(wù)全局變量外部有輸入時(shí)進(jìn)行采樣及數(shù)據(jù)處理，然后數(shù)據(jù)更新顯示，等待下一次中斷執(zhí)行各任務(wù)。程序流程圖如圖 56所示：圖 06程序流程圖系統(tǒng)測(cè)試1.17 軟件仿真測(cè)試為了節(jié)

23、約時(shí)間、減少元器件損耗、驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的可行性，我們需要通過(guò)仿真對(duì)電路進(jìn)行檢驗(yàn)，不斷調(diào)整，確定最終可行的電路設(shè)計(jì)?？刂乒軈?shù)設(shè)置如圖 61所示：驅(qū)動(dòng)管參數(shù)設(shè)置如圖 62所示：圖 01控制管參數(shù)設(shè)置圖 02驅(qū)動(dòng)管參數(shù)設(shè)置帶濾波器的仿真電路圖如圖 63所示;圖 03帶濾波器的仿真電路圖仿真結(jié)果如圖 64所示：圖 04仿真電路通過(guò)仿真可知，由于峰值電流2A(恒流源)，因此可以忽略PCB分布感抗和容抗的影響，利用可調(diào)電阻模擬負(fù)載，改變阻值那么說(shuō)明觸控筆在移動(dòng)；圖 04是以觸點(diǎn)電阻為0.36的仿真結(jié)果，從圖可看出負(fù)載電壓為0.743v，由此可得電流近似為2A。而恒流源輸入電流值為2A，仿真值與輸入值結(jié)果近

24、似。結(jié)果證明此電路設(shè)計(jì)合理，符合題目設(shè)定的要求。運(yùn)放輸出邊沿波形如圖 65所示。采樣信號(hào)寬度如圖 66所示。圖 05運(yùn)放輸出邊沿波形圖 06采樣信號(hào)寬度1.18 測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查屢次，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。1.19 測(cè)試結(jié)果及分析1.19.1 測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))測(cè)試數(shù)據(jù)如表格 61所示：表格 01測(cè)試數(shù)據(jù)P實(shí)際x實(shí)際y測(cè)量s測(cè)量tA計(jì)算x計(jì)算y誤差A(yù)-X誤差A(yù)-YP0008379810000P160-401692118289-79-2939P2604

25、0106218179085-30-45P3-6040285452-8232237P4-60-40310440-89-129-39P530-201133112836-17-6-3P6302099412633617-63P7-3020603775-373717P8-30-20633754-36-26-18P960012031364625-2-5P100408001027112-128P11-600472622-61010P120-409879472-11-2-291.19.2 測(cè)試分析與結(jié)論根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，手寫繪制板工作正常，LCD顯示正確，測(cè)試的電流小于50mA，分辨率為1mm，誤差小于5mm

26、，由此可以得出以下結(jié)論：1、硬件電路設(shè)計(jì)正確，能夠完成課題設(shè)計(jì)的要求。在元器件的選型上，以低功耗、高精度的器件為主，優(yōu)化了整體電路的設(shè)計(jì)。在硬件方面實(shí)現(xiàn)了較低的功耗。2、建立的數(shù)學(xué)模型較好的減小了數(shù)據(jù)誤差，為軟件編寫打下了穩(wěn)實(shí)的根底。但是實(shí)測(cè)的誤差稍大。由測(cè)出的數(shù)據(jù)觀測(cè)得電壓分布很不均勻，主要集中在第一象限。3、通過(guò)ARM控制的顯示屏也較好的展示了設(shè)計(jì)的功能，數(shù)據(jù)顯示等。綜上所述，本設(shè)計(jì)到達(dá)要求。方案調(diào)整1.20 放大模塊調(diào)整前期的放大模塊采用高速度、高精度對(duì)數(shù)放大器LOG114，該器件能夠以超高的速度計(jì)算出輸入電流與參考電流或或電壓與參考電壓的對(duì)數(shù)比。它的尺寸較小，非常適合電壓數(shù)目有限的單電源系統(tǒng)。它具備2.5V的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓與兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器，可實(shí)現(xiàn)偏置、幅度縮放和閾值檢測(cè)等功能。但是因?yàn)閷?duì)數(shù)放大器是壓縮數(shù)據(jù)，同時(shí)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證連接PCB的導(dǎo)線電阻及焊