手写绘图板(G)题论文.docx

题目名称：手写绘图板（G题）摘要：本手写绘图板系统由关键词：方案论证与比较1.1 覆铜板电压采集方法比较与选择方案一、用LM358N芯片配合8550对普通覆铜板电压信号进行采集，通过8550产生一个电源稳定度和精度相当高的电源信号给LM358N供电，然后由FIFO对A/D转换的结果进行采集和存储，最后送MCU处理。方案二、用OP07CP集成芯片配合8550进行电压信号的采集，然后对信号进行分析处理后再送MCU处理。由于OP07CP集成芯片是高精度、低温票的运算放大器，Op07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器。再有OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。，而且控制方便成本便宜，所以我们选择由OP07对覆铜板电压信号采样。1.2 处理器的比较与选择系统方案一：基于STC89C52RC的专用芯片的系统方案。基于STC89C52RC手写绘图板系统原理图如下 采集电压信号输入该方案采用常用芯片STC89C52RC和8路逐次逼近A/D转换器对采集到的电压信号行控制和处理，这两块芯片都比较常用且性价比较高，且编程容易、市场成熟、实用。系统方案二：基于MCU STC12C5A60S2构成手写绘图板电压信号处理器，该系统原理方框图如图所示。MCUSTC12C5A60S2独立完成覆铜板采集电压的A/D转换和信号的处理分析。STC12C5A60S为51系列单片机的增强版，指令执行速度快，执行速度是普通51单片机的8-12倍且集成10位精度的8路ADC，转换速度250k每秒，性价比也相对较高。采集电压信号输入最终方案选择：由于采集的是覆铜板上的电压信号，最终要进行A/D转换成数字量送LCD12864显示，由于一个浮点占用四个字节，所以要占用大量的内存，同时浮点运算时间很慢，所以采用普通的51系列MCU一般难以在一定的时间内完成运算，而且需单独处理A/D，所以综合内存的大小以及运算速度，及A/D转换，我们采用51增强型MCUSTC12C5A60S2，所以对于浮点运算不论是在速度上还是在内存上都能够很快的处理。且它本身自带A/D转换可以减少系统接口，给系统排版部线带来很大的方便。坐标点测量方法误差分析低功耗设计2 系统设计2.1 总体设计音频信号经过一个由运放和电阻组成的50 Ohm阻抗匹配网络后，经由量程控制模块进行处理，若是一般的100mV-5V的电压，我们选择直通，也就是说信号没有衰减或者放大，但是若信号太小，12位的A/D转换器在2.5V参考电压的条件下的最小分辨力为1mV左右，所以如果选择直通的话其离散化处理的误差将会很大，所以若是采集到信号后发现其值太小，在20mV-250mV之间的话，我们可以将其认定为小信号，从而选择信号经过20倍增益的放大器后再进行A/D采样。经过12位A/D转换器ADS7819转换后的数字信号经由32位MCU进行FFT变换和处理，分析其频谱特性和各个频率点的功率值，然后将这些值送由Atmega16进行显示。信号由32 位MCU分析后判断其周期性，然后由Atmegal6进行测量，然后进行显示。2.2 单元电路设计2.2.1电压信号采集和放大电路设计信号输入后通过R5,R6两个100Ohm的电阻和一个高精度仪表运放AD620实现跟随作用，由于理想运放的输入阻抗为无穷大，所以输入阻抗即为：R5//R6=50Ohm,阻抗匹配后的通过继电器控制是对信号直接送给AD转换还是放大20倍后再进行AD转换。 在这道题目里，需要检测各频率分量及其功率，并且要测量正弦信号的失真度，这就要求在对小信号进行放大时，要尽可能少的引入信号的放大失真。正弦信号的理论计算失真度为零，对引入的信号失真非常灵敏，所以对信号的放大，运放的选择是个重点。我们选择的运放是TI公司的低噪声、低失真的仪表放大器INA217，其失真度在频率为1KHz，增益为20dB(100倍放大)时仅为0.004%，其内部原理图如下图所示。其中放大器A1的输出电压计算公式为OUT1=1+（R1/RG）*VIN+同理， OUT2=1+（R2/RG）*VIN--R3、R4、R5、R6及A3构成减法器，最后得到输出公式VOUT=（VIN2-VIN1）*[1+（R1+R2）/RG]R1=R2=5K,取RG=526，从而放大倍数为20。AD转换及控制模块电路设计采用12位AD转换器ADS7819进行转换，将转换的数据送32位控制器进行处理。2.2.3功率谱