巴西龟眼睛肿手写绘图板电子设计大赛报告

2021年1月7日发(作者：八个月大的宝宝磨牙咯吱响是怎么回事?不知道怎么办?_妈妈)



全国大学生电子设计竞赛

设计报告




参赛题目 手写绘图板





摘要
：
本系统以TI公司的MSP430 16位低功耗单片机 为核心，采用高精度恒
流源和电压表进行数据采集,根据欧姆定律得出铜板的电阻。数据通过485串口
传送给单片机计算出被测点坐标。测得的数据在128*160的TFT彩屏上显示，
并且通过 按键可以实现不同功能之间的切换。通过单片机的控制实现各种显示存
储功能


关键词：
ATMEGA32L 欧姆定律 MSP430 TFT


Abstract:
This system taking ATMEL company's eight ATMEGA32L MCU as the
core, the data acquisition with high precision constant current source and voltmeter to,
according to the ohm's law it is concluded that the resistance of the copper plate.
Transfer data through serial port 485 to TI company's low-power MSP430 16-bit
single chip microcomputer to calculate the coordinates of measuring points. Measured
data on 128 * 160 TFT color screen display, and through the keys can be switch
between different functions. Through single chip microcomputer to realize the control
of all kinds of display storage capabilities

Keyword:
ATMEGA32L Ohm's law

MSP430 TFT Screen






目 录





1系统方案............................................. .................................................. ...................... 1
1.1 采样的论证与选择......... .................................................. ............................... 1
1.2 单片机的论证与选 择................................................. ..................................... 1
2采样数据理 论分析与计算............................................ ............................................. 2 2.1电阻分布......................................... .................................................. ................ 2
2.2 数据透视................... .................................................. ..................................... 3
3电路与程序 设计................................................ .................................................. ....... 5
3.1电路的设计............................ .................................................. ......................... 5
3.1.1系统总体框图....... .................................................. ................................ 5
3.1.2 精密恒流源 电路................................................ .................................... 5
3.13电源. .................................................. .................................................. ..... 6
3.1.4 电路实物图........................... .................................................. ............... 7
3.2程序的设计.................... .................................................. ................................. 7
3.2.1程序框架概 述................................................. ........................................ 7
3.2 .2程序设计框架.......................................... ............................................... 8
3.3 低功耗设计..................................... .................................................. ............... 8
4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测试结果(数据) ...... .................................................. .............................. 9
4.3.2测试分析与结论. .................................................. ................................ 10
5 参考文献.... .................................................. .................................................. .......... 10
附录：部分程序......................... .................................................. ............................... 11



手写绘图板（G题）
【本科组】
1系统方案
本系统主要由数据采样模块 、数据处理模块、显示模块、电源模块组成，下面分
别论证这几个模块的选择。

1.1 采样的论证与选择
方案一：电阻屏的原理：电阻式触摸屏是一种压力传感器，基本上 是薄膜加上玻璃的结
构，膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。 当触摸
操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经
过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈
现在屏幕上。我 们在板上做到30*20个像素点的精度，分别扫描行和列以确定坐标点。
然后通过显示在TFT彩频型 液晶上。

方案二：电容屏的原理：电容技术触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。当用 户触
摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有
高频 信号，于是手指吸收走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流
出，且理论上流经四个 电极的电流与手指头到四角的距离成比例，通过电流大小与触点
到电极的距离成正比就可以确定触点的坐 标。确定坐标后就可以通过液晶来进行显示。

方案三：高精度电阻测量法：给铜板同一个 精度很高的恒定电流源，在用高精度电压表
测得铜板两端的电压，根据欧姆定律 R=UI 可以得出铜板的电阻，在对铜板精确采样
得出铜板的大致的电阻分布规律可得出被测点的大致坐标。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.2 单片机的论证与选择
方案一：采用AT 89C51作为主控器件，用来实现题目所要求的各种功能。此方案最
大的特点是系统规模可以做得很小 ，成本较低。但单片机在处理高速信号时略显吃力，
51单片机很难实现这一要求。
方案二： 采用ARM7作为核心控制，其自带6路PWM输出，8通道10位AD，速度高、资
源丰富，稳定性强 ， 由于LPC2132片内没有EEPROM，当系统掉电后，所有参数都将
丢失，如果所需要保存的 参数比较多，就只有给系统扩展类似2402等EEPROM芯片，具
有一定的缺陷。



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方案三：采用ATmega32作为主控 器件。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执
行时间，8路10 位ADC .片内集成32K字节的lash；1K 字节EEPROM，2K 字节SRAM，能够
实现点阵屏的高速扫描和一些复杂的控制和运算功能，满足题目要求。
综合以上三种方案，选择方案三。
2采样数据理论分析与计算
2.1电阻分布
使用精密电阻测量电路对整块板子采样电阻进行分析（见表1）。

表 1 覆铜板电阻分布
25761 26106 26158 26118 27047 27611 28096 28548 29079 29614 30233
24586 24788 25201 25527 25930 26462 26617 27777 28213 29177 29937
23134 24406 25199 24076 25558 26560 26472 27271 27724 28000 28613
24070 24480 24842 25183 25832 26274 26682 27222 27984 28061 29083
23265 23386 24649 25152 25286 26050 27180 27253 27918 28928 28970
22837 23339 23478 24233 24672 25489 25812 26592 27003 27628 27820
22353 22926 23444 23969 24347 25261 25728 26345 27065 28712 28138
23676 24109 24803 25784 26342 26257 26342 26257 26842 28100 28541
21866 22634 23207 24214 24144 25734 26140 26601 27167 28029 28951
22488 23108 24047 24874 25505 26766 27544 28303 28967 29339 28711
21578 24458 23399 23985 24602 25411 26287 26717 27248 27994 28832
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2.2 数据透视

2.2.1 整体数据分布 对表1中的数据输入电脑进行模拟，构建三维模型（如图1）。

图1 电阻分布三维图




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2.2.2 线上电阻分布 取一条线上的电阻分布，作出电阻的分布图（如图2）

图2 线上电阻分布
估算这是一条 y=0.42x 的一元一次函数，根据测得的电阻判 断测点所在等势
面，只要侧3个角就可以判断测试点的位置（如图3）

图 3


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3电路与程序设计
3.1电路的设计
3.1.1系统总体框图


放大电路



采样电路


电源电路
按键电路


ATMEGA32


MSP430
显示电路




图4 系统总体框图



3.1.2 精密恒流源电路
恒流源是指能够向负载提供恒定电流的电源, 在金属薄膜电阻率测量、金属丝
杨氏模量测量、磁阻效应、光电效应以及光电池特性测量中应用广泛。
本恒流源电路的核心设计原理是: 通过负载电压反馈, 在高精度采样电阻上产生恒
定的压降, 则与该精密采样电阻相串联的支路中就可以得到恒定的输出电流。具体的工
作过程简述如下: 设开关S1 ~S7中某一路接通, 当负载电阻Rx 变大时, 其上瞬间压降
Vx 随增大, 则运算放大器A3的同相输入端与反相输入端之间的压差减小, 输出电压
V2小于基准电压Vref此时运算放大器A2的反相输入端产生微小的负电压, A2将其同
相输入端与反相输入端之间的压差进行线性放大, 输出的正电压使得三极管Q3的发射
极电压增大, 从而维持精密采样电阻上的压降保持不变。当负载电阻Rx减小时, 工作过
程与上述类似。
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图5 恒流源电路原理图

3.13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
确保电路的正常稳定工作采用三端稳压管实现（如图6）。
5V和3.3V电压，

图6 电源电路
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3.1.4 电路实物图

图7 电路实物图

3.2程序的设计
3.2.1程序框架概述 本系统是以MSP430为主控芯片，编程采用模块化循环的方式,按相应模式设置键将
会进入对应 模块循环，这种编程模式在降低编程难度的同时增强了系统的可靠性。










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3.2.2程序设计框架





开始
系统初始化

检测模块发送数据








3.3 低功耗设计


本电路采用TI公司的MSP430超低功耗单片机，电路总体功耗约2W。
单
点
显
示
清
屏
画
圆
计算坐标
检测按键


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4测试方案与测试结果
4.1测试方案
测出被测点的电阻值 ，根据电阻位置找到等势线，对其四个点测阻值，四个等势面
相交形成的点就是被测点位置。

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，数字示波器，数字万用表，指针式
万用表。
4.3 测试结果及分析

4.3.1测试结果(数据)

测试点坐标
（0，0）
（10，10）
（20，20）
（30，30）
（40，40）
（50，50）
（60，60）
（80，80）
（100，100）
显示坐标
（0，1）
（10，11）
（20，31）
（31，32）
（44,40）
（55,48）
（60,61）
（80,77）
（92,110）

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4.3.2测试分析与结论
根据上述测试数据，覆铜板阻值和距离成线性关系



5 参考文献
[1] 童诗白 华成英主编，模拟电子技术基础，高等教育出版社。
[2] 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，2005年7月第3版
[3] 求是科技工作组，单片机- 典型模块设计实例导航，人民邮电出版社。
[4] 张洪润 蓝清华，单片机应用技术教程，清华大学出版社。
[5] 2009全国大学生电子设计竞赛获奖作品
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附录：部分程序
main( void )
{
Stop watchdog timer to prevent time out reset
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;

init_clk();
lcd12864_init();
uart_init();
key_init();
delay(1000);
_EINT();

signed char key;

correct();

while(1)
{

if(res_update() < 0) 更新电阻值
{
continue;
}

if((pack[0].res < 1000000) || (pack[1].res < 1000000))
{
calc(pack[0].res, pack[1].res);
}

if((key_get()) == 4)
{
switch(state)
{
case STATE_DETE:
state = STATE_GRAPHIC;
entry_graphic();
break;
case STATE_GRAPHIC:
state = STATE_DETE;
exit_graphic();
break;
}
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}

if(STATE_DETE == state)
{
dete();
}
if(STATE_GRAPHIC == state)
{
graphic();
}

key_scan();
}

}

signed long x, y;
void graphic()
{

if((pack[0].res < 1000000) || (pack[1].res < 1000000))
{
x = (signed long)current_point.x + 64;
y = (signed long)current_point.y + 32;
putpixel((signed long)current_point.x + 64, (signed long)current_point.y + 32, 1);
putpixel(x, y, 1);

delay(10);
}
}







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