2013年全国大学生电子设计竞赛论文模板讲解.doc

2013年全国大学生电子设计竞赛 （题） 【组】 20年9月7日 1系统方案 5 1.1方案比较与选择 5 1.2方案描述 6 1.3各模块的设计 7 １.3.１表笔的设计 7 １.3.２触摸板的设计 7 １.3.３信号的采集模块 8 １.3.４放大电路模块 8 １.3.５模数转换的电路模块 8 １.3.6单片机的选择与确定 8 １.3.7输出设备模块 9 2理论分析与计算 9 ２.１系统的理论分析 9 ２.２恒压源的计算 10 ２.４运算放大器的计算 11 ２.５触摸板坐标库函数的计算 12 ２.６模拟信号的Ａ／Ｄ转换计算 13 3电路与程序设计 14 3.1电路的设计 14 3.1.１系统总体框图 14 3.1.2放大器的子系统框图与电路原理图 14 3.1.3显示子系统框图 15 3.1.4电源子系统框图 16 4测试方案与测试结果 17 4.1测试方案 17 4.2测试条件与仪器 17 4.3测试结果及分析 18 附录1：源程序 18 1系统方案 1.1方案比较与选择 方案一：采用测微电阻的方法进行定位 通过对覆铜板上电阻值的测量，由覆铜板上不同点处的电阻值也不同的特点，从而让不同俩点之间产生电阻差，把测得的电阻差通过A/D转换，再把这个信号传送给单片机，进而实现手写绘图的功能。但由于测量后发现电阻值非常微小，且同一覆铜板上电阻的变化率很小，检测到很微小电阻，所以很难检测，硬件电路也非常复杂，所花费的成本也比较高，软件调试并不容易，要保证技术要求的指标困难，所并且花费的成本也比较高，故采用此方案不理想。 方案二：采用测冲击电流的方法进行定位 鉴于覆铜板电阻甚小，故转向测测冲击电流，采用测冲击电流的方法及相应的装置，由控制单元控制充电回路的开关闭合，放电回路的开关断开，使得充电回路中的可控电源给一个储能电容器充电，然后控制电路断开充电回路的开关，闭合放电回路的开关，并同时给取样单元以触发信号，储能电容器放电产生一冲击电流至待测电阻；取样单元通过放电回路中的电流传感器和电压传感器得到待测电阻上的冲击电流和电压数据，再反馈至控制单元，控制单元读取这些数据，经计算处理得到待测电阻的阻值。电阻测出后，根据不同电阻值定位坐标。但缺点是电路板上每个点都对应一个不一样的信号，测量时对技术要求很高，所以此方案可行性也不大。 方案三：采用测电压的方法进行定位 本方案是给触摸板分别加横轴电势场与纵轴电势场原理（如图1）进行测电压，进而定位。表笔在覆铜板上接触相当于测量部分覆铜板的电压，找出电压大小与距离测量点距离的关系，从而进行定位。 切换DD与CC的电压，可分别检测出一点的X轴坐标与Y轴坐标。经过检测，覆铜板的分辨率为mv/cm,经过1000倍的信号放大电路，产生的电压信号经过模数转换，是可以用单片机进行转换并测出并经显示屏显示出坐标与位置。 （图1） 综合以上三种方案，所以选择方案三。 1.2方案描述 把表笔检测到的信号，经过千倍以上的放大，输出0~3V的电压，经过A/D芯片把模拟信号转化为数字信号，然后建立横轴与纵轴的坐标库函数，然后把转化的数字信号经过单片机进行检测，输出坐标的位置象限。 (图2总体设计框架图) 1.3各模块的设计 １.3.１表笔的设计 我们的表笔采用的是万用表表笔，因为选材比较方便，还比较好用，表笔采用平衡电桥进行小信号的输出，从而使输出的电压信号更加精准，更容易精确确定触摸板的定位坐标。我们用毫安表测试出了微小电压，说明了小信号的放大可行性。 １.3.２触摸板的设计 我们采用现有的设备，就是 PCB覆铜板，经过我们的改进，利用覆铜板采集到的坐标电压信号比较精确，而且选材方便，而且成本较低，经济划算。不像某些高电阻率的材料，比较难找，而且成本比较高，一点都不节约成本。 １.3.３信号的采集模块 用表笔接触触摸板，会产生微小的电位差，经过惠更斯电桥，使测得的小电压更加精准，而惠更斯电桥的搭建很简单，只采用四个电阻即可搭建，却能产生精度比较高的电压信号，而且更有利于确保信号的稳定。 １.3.４放大电路模块 放大电路我们采用的是LM324芯片，利用模拟电路，搭建成Ｎ级放大电路，这样使放大电路精确放大一千倍，从而产生比较容易检测的大电压信号，有利于信号的转换。而且这种芯片比较常见，资料齐全，大部分实验室都有，且成本低廉。 １.3.５模数转换的电路模块 经放大产生的电压信号只有经过A/D转换模块，才能使被单片机识别。我们所采用的是ＡＲＭ单片机自带10位高精度的A/D 芯片，这样转换的精度比普通的8位A/D芯片 更加精确，芯片的转换速度更快，这样可以使表笔的显示更加快捷敏感。 １.3.6单片机的选择与确定 我们采用的ARM32位的单片机，采取此芯片的优点是他的运算速度比普通单片机速度高很多，这样