手写绘图板的设计与实现

摘 要：绘图板系统以ADuC824单片机为控制核心，通过铜板上不同的坐标位置电阻存在微小的差值电阻对恒流源分流，并利用放大电路对电流进得放大，得到和微电阻成正比的电压，对各路电压进行AD采集并算出触点的位置，进而实现精确的手写绘图功能，并能用12864液晶显示其坐标的位置，最终能够确定其位置的坐标并精确显示。

关键词：绘图板；DuC824单片机；恒流源；12864显示；分流法

中图分类号：TP317.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 20-0000-02

一、系统方案和各模块的设计

本系统主要由控制处理模块、显示模块、电源模块、采集模块、恒流源模块，如图1所示。

在系统中，恒流源模产生一个恒主流源，为采集模块提供一个恒定的电流，在采集模块中，铜板的四个角和触笔分实现电流分流，控制处理模块通过模拟开关分别测量各个测量点的电压，经过分析，得出触笔所在的位置，并通过显示模块显示。

（一）主控制处理模块的设计

考虑到本设计的运算量和显示问题，主控制处理电路采用ADuC824为核心，构建一个具有A/D读数和坐标显示的控制处理电路

ADuC824子系统框图如图2所示。最小系统使用的晶振为32.768MHz，是用美信公司的MAX202作为下载仿真芯片，系统的供电为12V～15V。

（二）采集模块电路设计

由于覆铜板表面的电阻很小，表笔和四个角之间的电压不能直接测量，只能通过间接测量，本设计利用覆铜板不同的方位电阻不同，虽然它们之间阻值绝对值相差较小，但是阻值比变化相对而言是比较大的，所以可用分流法，求出其阻值的相对值，电路如下图3所示。

在电路中，R5远大于四个三极管的rbe，当表笔还没有触到覆铜板时，R5两端的电压比较大，当表笔触到覆铜板时，其上电压变小，可能作为检测表笔是否触覆铜板的依据。在表笔还没有触到覆铜板时，由于四个三极管的基都没有电流，所以待测点1、2、3、4点的电压等于Vss，当当表笔触到覆铜板时，由于从电表笔到四个角的电阻不同，四个三极管的基极电流和基极到表笔的阻值近似成反比，设计时设置R1、R2、R3、R4阻值相等，所以待测点1、2、3、4点对地的电压绝对值和四个三极管基极到表行笔的阻值成正比，再通过运放电路放大，由控制处理模块分别测出它们的电压值，算出想对的位置。

（三）恒流源模块的设计

恒流源是一个内阻很大的电源E，恒流源接负载时的负载电阻R相对于内阻r是比较小的，回路的电流就等于I=E/（R+r）由于r比R大得多舍去R得I=E/r；即回路电流I与外接负载R的大小基本无关，I基本恒定，设计采用两个LM317制作恒流源。

二、系统的理论分析与软件设计

（一）分流电路的计算

四个三极管各个基极到表笔的电阻分别为Ra、Rb、Rc、Rd，电流分别为Ib1、Ib2、Ib3、Ib4，由于三极管的Ube相差不大，可有Ib1：Ib2：Ib3：Ib4=1/Ra：1/Rb：1/Rc：1/Rd；即各基极电流和对应的覆铜板电阻成反比，这样在三极管的C极上的电阻R1、R2、R3、R4的电压也是和覆铜板上表笔到四个角的电阻成反比，由此可得到了线性的电压了。

（二）程序的流程图

程序主要由ADuC824控制程序、A/D采集程序、显示程序三部分组成。D/A控制程序主要为恒流源提供输入电压，A/D采集程序则是采集覆铜板上的压降，显示程序则是对触点在覆铜板上的坐标位置进行显示。主程序流程图如图4所示。

三、测试方案与测试结果

（一）硬件软件联调

经多次对电路进行检查调试后进行测试。测试得到结果如下表一。

（二）测试分析与结论

根据上述测试数据，实际坐标值与显示坐标值基本符合，由此可以得出以下结论：

（1）表笔接触铜箔表面时，能给出明确显示。

（2）表笔接触铜箔表面时，能正确显示触点位于纵坐标左右位置。

（3）能正确显示触点在四象限中的位置。

（4）能正确显示触点所在位置的坐标值。

（5）显示坐标值的分辨率为10mm，绝对误差不大于5mm。

参考文献：

[1]张毅坤，陈善久，裘雪红.单片微型计算机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997.

[2]孟立凡，蓝金辉.传感器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2007.