2013年全国大学生电子设计大赛 手写绘图板(G题)设计报告
13全国大学生电子设计大赛本科组手写绘图板论文
2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（G题）【本科组】2013年9月6日摘要本手写绘图板以C8051f350单片机为主控制器，其内置24位AD数据采集。
自制恒流源为手写板提供测量电流。
通过AD采集口采集表笔与地之间的电压，两次采样后对采集数据处理计算出表笔所处手写板位置并在高分辨率的LCD屏幕显示相应坐标。
该手写板显示坐标值的分辨率为10mm，绝对误差不大于5mm，功率在1.5W以内，实现了低功耗。
关键词：AD采集MCU 恒流源功率目录1系统方案 (3)1.1铜板测试电源的论证与选择 (3)1.2MCU和AD采集电路的设计的论证与选择 (3)1.3 显示模块的论证与选择 (4)1.4 系统结构 (4)2系统理论分析与计算 (5)2.1 坐标点测量方案 (5)2.1.1 (5)2.1.2 (6)2.1.3 (6)2.2 误差的计算与分析 (6)2.2.1 XXX (6)2.2.2 XXX (6)2.2.3 XXX (6)2.3低功耗设计 (6)2.3.1 题目要求：功耗为总电流乘12V；功耗越低得分越高。
要求功耗等于或小于1.5W。
则要满足要求的最大电流为0.125ma。
功耗越低，则表笔所处位置的电压也就越低。
测量工作困难就越大。
要在测量精度和功耗之间选择一个最佳电流。
62.3.2 XXX (7)2.3.3 XXX (7)3电路与程序设计 (8)3.1电路的设计 (8)3.1.1系统总体框图 (8)3.1.2 恒流源子系统电路原理图 (8)3.1.3差分放大子系统电路原理图 (9)3.1.4电源模块电路原理图 (10)3.2程序的设计 (10)3.2.1程序功能描述与设计思路 (10)3.2.2程序流程图 (10)4测试方案与测试结果 (12)4.1测试方案 (12)4.2 测试条件与仪器 (13)4.3 测试结果及分析 (13)4.3.1测试结果(数据) (13)4.3.2测试分析与结论 (13)附录1：电路原理图 (14)附录2：源程序 (15)手写绘图板（G题）【本科组】1系统方案本系统主要由恒流源模块、主控制模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
2013年全国大学生电子竞赛G题—手写绘图板
2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（G题）2013年9月7日摘要本系统以STC15F2K60S2单片机为核心，采用TPS5430构成的开关电源作为供电系统。
系统将15cm×10cm普通覆铜板一角接地，其余三个角分别接三个模拟开关，由单片机控制三个模拟开关分别接通恒流源产生的恒流信号，用表笔接触铜板获得触点的电压；将微弱电压值进行二级放大，经单片机A/D采样转换,并进行数据处理后用液晶显示坐标及图形。
整个作品完成了题目基础全部要求，能正确显示触点位于纵坐标左右位置、触点四象限位置以及触点坐标，并能跟踪表笔动作并显示轨迹，显示坐标值的分辨率为1cm，绝对误差小于5%，系统功耗接近1.08W。
关键字：单片机恒流源模拟开关放大采集目录1题目说明 (1)2系统方案 (1)2.1 控制系统论证与选择 (1)2.2 恒流源模块的选择 (1)2.3 放大模块的论证与选择 (1)3系统理论分析与计算 (2)3.1查表法分析 (2)3.2.1 铜板温度变化和表面氧化 (2)3.2.2 恒流源的微变 (2)3.2.3 数学法数据处理 (2)3.3 低功耗设计 (2)3.3.1 TPS5430开关电源设计 (2)3.3.2 总线信号减少上下拉电阻 (2)3.3.3 CPU不用的I/O口设为输出 (3)4电路与程序设计 (3)4.1主要电路的设计 (3)4.1.1系统总体框图 (3)4.1.2 开关电源原理图 (3)4.1.3 放大电路原理图 (4)4.1.4恒流源原理图 (4)4.2程序的设计 (4)4.2.1程序功能描述与设计思路 (4)4.2.2程序流程图 (5)5测试方案与测试结果 (6)5.1测试方案 (6)5.1.1硬件测试 (6)5.1.2软件测试 (6)5.2 测试仪器 (6)5.3 测试结果及分析 (6)5.3.1测试结果(数据) (6)5.3.2测试分析与结论 (7)附录1：电路原理图 (8)1题目说明题目要求用普通覆铜板设计和制作手写绘图输入设备，要求能够正确显示触点位于纵坐标左右位置、触点四象限位置以及触点坐标，并能跟踪表笔动作并显示轨迹，显示坐标值的分辨率最高为6mm ，绝对误差不大于5mm 。
2013年电子设计竞赛设计与总结报告
2013年全国大学生电子设计竞赛【本科组】F题：红外光通信装置参赛学校：北京联合大学参赛学生：张鹏鹏、吴凯亮、陈泳宇参赛时间：9月4日～9月7日赛前指导教师：钮文良路铭陈景霞目录摘要......................................................................................................................................... ２1.系统方案设计.............................................................................................................................. ３1.1 控制模块的论证与设计................................................................................................ ３1.2发送模块论证与设计....................................................................................................... ４1.3中继模块论证与设计....................................................................................................... ４1.3接收模块论证与设计....................................................................................................... ４1.4 显示模块的论证与选择.................................................................................................. ４2.系统理论分析与计算.................................................................................................................. ４3.电路与程序设计.......................................................................................................................... ５3.1电路的设计....................................................................................................................... ５3.1.1系统总体框图........................................................................................................ ５3.1.2 单片机最小系统及发送模块电路电路............................................................... ６3.1.4 中继模块电路图................................................................................................. ７3.1.5 接收模块............................................................................................................... ８3.2程序的设计....................................................................................................................... ８3.2.1程序功能描述与设计思路.................................................................................... ８4.测试方案与测试结果.................................................................................................................. ９4.1测试方案........................................................................................................................... ９4.2 测试条件与仪器.............................................................................................................. ９4.3 测试结果及分析.............................................................................................................. ９4.3.1测试结果及分析.................................................................................................... ９5 结束语..................................................................................................................................... １０附录：主要程序代码................................................................................................................. １０摘要语音和音乐等低频电信号一般不适合直接远距离传输，而是通过调制加载到光或者高频信号上传输出去。
2013年全国电子设计大赛C题设计报告.doc
2013年全国大学生电子设计竞赛题目：简易旋转倒立摆及控制装置（C题）参赛学校：江苏师范大学队伍编号：XZ 015参赛队员：徐园明、刘海腾、黄波指导教师：朱士虎、王立巍2013年9月7日目录摘要 (1)Abstract (1)1方案论证与比较 (2)1.1电机类型的论证与选择 (2)1.2单片机的论证与选择 (2)1.3电机驱动电路的论证与选择 (2)1.4角度传感器的论证与选择 (3)2系统实现方框图和电路设计 (4)2.1系统总体框架图和实物构架图 (4)2.2硬件电路设计 (5)2.2.1电位器电路 (5)2.2.2显示模块的电路 (5)2.2.3电机驱动电路 (6)3系统软件设计 (7)3.1精密电位器误差计算 (7)3.2倒立摆控制策略 (7)3.3系统流程图 (9)4测试方案与测试结果 (10)4.1测试仪器 (10)4.2测试结果 (10)4.3测试结果分析 (11)参考文献 (12)摘要本文以STC12C5A60S2单片机为控制核心，通过角度传感器实时检测出倒立摆的位置并由单片机计算，计算PID控制算法，实现对直流电机转速的控制，达到倒立摆的动态平衡。
同时系统可以通过键盘设定运行模式和相关角度值，倒立摆运行角度和运行时间由液晶显示，具有较好人机界面。
系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。
关键字：STC12C5A60S2 倒立摆 PIDAbstractThis paper takes STC12C5A60S2 single chip as the control core,Through the real-time detection of the inverted pendulum's position and angle sensor is composed of a single chip computer calculation,Calculation of PID control algorithm,Control the speed of the DC motor,To achieve the dynamic balance of the inverted pendulum.At the same time the system can be set through the keyboard operation mode and related anglevalues.Inverted pendulum movement angle and running time by the liquid crystal display,With good man-machine interface.The system has the advantages of simple structure design,Low production cost,High control precision.Keyword: STC12C5A60S2 level inverted pendulum PID1 方案论证与比较1.1电机类型的论证与选择方案一：采用步进电机。
电子方案竞赛一等奖报告手写绘图板罗登覃元元吴旭峰
手写绘图板摘要：设计了一种基于MSP430F149的手写绘图输入设备。
系统以MSP430为主控器，以高精度AD采样电路、精密恒流源电路、微弱电阻测量电路为外围辅助电路，能检测表笔与铜箔的接触，测量触点位置，并实现了手写绘图、显示文字的功能。
系统使用普通覆铜板作为绘图板，利用四线法测量微弱电阻来确定坐标，本系统考虑到低功耗要求，整机功耗1.3W，坐标测量分辨率4mm，绝对误差小于2mm，测量准确、系统稳定，效果比较满意。
关键词：手写绘图板；MSP430 F149；精密恒流源；微弱电阻测量；高精度AD一、系统方案1.1 方案比较与选择微小电阻测量实现方案方案一：大脉冲电流测量法。
产生脉冲电流源，流过普通覆铜板后，通过测量普通覆铜板上的最大压降，确定坐标位置。
方案二：精密直流恒流源测量法。
产生精密恒流源，流过普通覆铜板，产生恒定压降，通过测量电压确定坐标位置。
方案三：精密交流电流源。
产生交流电流输出，流过普通覆铜板后，产生特定频率的正弦电压，通过锁相放大的方法排除噪声的干扰，实现微弱电压信号的提取，进而确定坐标位置。
方案二实现起来较为简单，方案一能够减小功耗，但是脉冲电流可能引入较大的噪声，影响测量精度，而且控制相对复杂，方案三实现起来较为复杂。
考虑到题目中坐标测量分辨率为6mm时，绝对误差不大于3mm，方案二能够满足要求，1.2 系统结构本系统以MSP430为核心处理器，通过对ADC、MOS 开关、12864LCD 显示屏的控制，检测表笔与铜箔的接触，测量触点位置，实现了手写绘图、显示文字的功能，达到手写绘图板的基本技术要求。
如图1所示，本系统主要由电压信号调理电路、高精度AD 采样电路、精密恒流源电路、MSP430处理模块和12864 LCD 显示屏构成。
由精密恒流源输出1A 的恒定电流，通过开关控制电流流入普通覆铜板的方向，将表笔两端的压降通过INA118仪表放大器将mV 级电压信号放大至V 级，之后经过ADS8317采样，经过MSP430处理，将对应的坐标值以及图形、文字显示在LCD 屏上。
2013电赛报告
2013年全国大学生电子设计竞赛设计报告题目名称：简易旋转倒立摆及控制装置【本科组C题】参赛队号：201302092013年9月7日2013年“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛摘要：本系统以STC12C5A60S2单片机最小系统为核心，辅以角度传感器、姿态传感器、开关控制电路、LCD1602显示、电机驱动电路等组成。
该设计利用PWM 调制来控制旋转臂转速的变化，通过角度传感器和姿态传感器检测摆杆角度偏转信号，并将检测到的数值A/D转换后送入调速系统，经LCD1602显示屏进行显示。
也可通过拨码开关控制旋转臂的转速，从而改变摆杆的状态。
该系统实现了通过操作拨码开关控制旋转臂转速的大小，使摆杆状态按要求变化。
关键词：单片机最小系统角位移传感器 A/D转换2013年“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛目录1.作品简介 (1)2.系统方案论证和比较 (1)2.1系统方案整体实验框图 (1)2.2方案论证与比较 (1)2.1.1输入模块选择 (1)2.1.2调制方式的选择 (2)2.1.3角度传感器的选择 (2)2.1.4显示系统的选择 (2)2.3理论分析与参数计算 (2)2.3.1控制电路 (2)2.3.2角度测量原理与控制算法 (3)3.电路与程序设计 (3)3.1硬件设计 (3)3.1.1角度传感器的设计 (3)3.2软件设计 (3)3.1.1软件主程序流程图 (3)3.1.2程序算法理论分析 (4)4.系统调试与结果分析 (5)4.1系统调试的方法与仪器 (5)4.2系统电路的调试 (5)4.2.1电机的性能测试 (5)4.2.2角度传感器的性能测试 (5)4.3注意事项及解决方案 (6)4.4调试结果分析与总结 (6)5．实验结果的分析与总结 (6)6．参考文献 (6)附录一：部分电路原理图 (1)附录二：程序源代码 (4)1.作品简介本次设计作品以单片机最小系统和角度传感器、姿态传感器为制作核心，同时运用A/D模数转换，PWM调制旋转臂转速、LED声光显示，拨码开关控制等,从摆杆方向上的角位移传感器接收到摆杆角度偏转的信号，经A/D模数转换后，LED显示器进行声光显示。
2013全国电子设计大赛-手写绘图板
第一章 系统方案比较与选择
1.1 总实现方案
方案一：采用电阻屏的原理，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，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有 ITO（纳米铟锡金属氧 化物）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。考虑电容屏原理，在 10×6cm 的 PCB 板做到识别精度<=2mm，我们目标精度 是在板上做到 64×32 个像素点的精度，采用板上层 64 列，下层 32 行，组成 64×32 阵列！分别扫描行和列以确定坐标点。然后通过显示在 Oled12864 型液 晶上，做到高精度的显示。
第六章 结论...................................................................................................................................13 参考文献......................................................................................................................................... 14 附 1：系统主板原理图..................................................................................................................15 附 2：完整的测试结果..................................................................................................................16 附 3：部分核心源代码..................................................................................................................17
手写绘图板论文
2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（G题）【本科组】参赛队号：301302392013年9月6日摘要本次大学生电子设计大赛，我们组选择的是手写绘图板，任务是利用普通的PCB覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。
通过表笔与覆铜板接触，并测量接触点位置，进而实现手写绘图功能。
最初我们的思路是通过测量电阻的变化，来确定表笔在铜板上的位置，但是由于铜板的电阻太小，电阻的变化实在太小，根本无法测量，所以行不通；我们又用了惠斯通电桥的方法，电阻的变化任然太小，该方案任然行不通。
最后我们在试验的过程中偶然发现对铜板加高频信号，表笔在铜板上滑动的过程中，示波器上显示的电压值有相对明显的变化，毫伏级别的。
询问老师后，知道可能是长线原理的原因。
我们就通过这里发现对信号进行放大滤波等变处理，将信号转化成我们能够采样的信号，然后STM32单片机对数据进行处理，在TFT彩屏上作相应的显示。
关键词：高频信号惠斯通电桥STM32单片机TFT彩屏目录1引言 (1)2系统方案 (1)2.1 控制系统的论证与选择 (2)2.2 LCD显示模块的论证与选择 (2)2.3 硬件的设计 (3)2.3.1高频信号模块的设计 (3)2.3.2高频运放模块的设计 (3)2.3.3乘法器模块的设计 (3)2.3.4电源的设计 (3)2.4 程序的设计 (4)2.4.1程序功能描述与设计思路 (4)2.4.2程序流程图 (4)3 设计实现 (5)3.1 坐标点测量方法 (5)3.2 信号的处理 (5)4 测试 (5)4.1测试方法 (5)4.3 测试条件与仪器 (5)4.4 测试结果及分析 (6)4.5.1测试结果(数据) ..................................................................... 错误！未定义书签。
5 结论 (6)附录1：电路原理图 (7)附录2：源程序 (8)手写绘图板（G题）【本科组】1引言本次大学生电子设计大赛，我们组选择的是手写绘图板，任务是利用普通的PCB 覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。
2013年全国大学生电子设计大赛 手写绘图板(G题)设计报告
摘要本手写绘图板系统由精密恒流源电路、低功耗模拟检测采样电路、高精度仪用放大器、AD转换器、单片机控制电路（MSP430）、12864液晶显示电路构成。
本系统使用普通覆铜板，对其对角交叉通过测试电流，探笔测得覆铜板上采样电压，将采样信号差模输入仪用放大器进行信号高精度放大后送入MSP430芯片，利用单片机内部自带AD转换，编程实现采样信号电压与坐标之间转换（算法采用有限元分析法和曲线拟合分析），主要可以实现以下功能：12864液晶上显示出探笔接触覆铜板上点的坐标值，并且基本实现在覆铜板上画圆，本设计具有低功耗的功能，并达到题目要求的测量精度。
关键词：手写绘图板覆铜板MSP430仪用放大器AD转换单片机最小系统目录一、方案论证与比较 ................................................................................................................................- 2 -1．检测采样部分 ..............................................................................................................................- 2 - 2．主控电路部分 ..............................................................................................................................- 2 -3. 坐标点测量方法 ...........................................................................................................................- 2 -二、系统设计 ............................................................................................................................................- 3 -1. 总体设计 .......................................................................................................................................- 3 -2. 单元电路设计 ...............................................................................................................................- 3 -（1）恒流电路 ..........................................................................................................................- 3 - （2）覆铜板换流控制...............................................................................................................- 4 - （3）探笔信号采集电路...........................................................................................................- 5 - （4）主控电路 ..........................................................................................................................- 6 - （5）显示部分 ..........................................................................................................................- 6 -3. 程序设计 .......................................................................................................................................- 6 -（1）程序完成功能...................................................................................................................- 6 - （2）程序流程图.......................................................................................................................- 6 -三、系统测试 ............................................................................................................................................- 7 -1. 测试方案 .......................................................................................................................................- 7 -（1）硬件调试 ..........................................................................................................................- 7 - （2）软件调试 ..........................................................................................................................- 8 - （3）软硬联调 ..........................................................................................................................- 8 -四、测试结果及分析 ................................................................................................................................- 8 -1. 性能测试分析 ...............................................................................................................................- 8 -（1）描点模式测试...................................................................................................................- 9 - （2）划线模式测试...................................................................................................................- 9 - （3）功耗测试 ..........................................................................................................................- 9 -2. 功能测试分析 ...............................................................................................................................- 9 -3. 误差分析 .......................................................................................................................................- 9 -（1）系统误差 ....................................................................................................................... - 10 - （2）随机误差 ..................................................................................................................... - 10 -五、参考文献： ..................................................................................................................................... - 10 -六、附录： ........................................................................................................................................... - 11 - 附1：覆铜板等电势分布图 .................................................................................................................. - 11 - 附2：等电位换流测试数据（500mA为基准）.................................................................................. - 11 - 附3：MSP430最小系统电路图............................................................................................................ - 12 - 附4：元器件明细表 .............................................................................................................................. - 12 - 附5：电路原理图图纸 .......................................................................................................................... - 15 - 附6：作品照片 ...................................................................................................................................... - 16 -一、方案论证与比较根据题目要求，我们分以下两个部分进行方案设计与论证： 1．检测采样部分方案一：根据实际测量计算，覆铜板需要较小的测试电流，探笔测得电压较小，通常为几uV 到几个mV 之间，为满足要求需将采样电压放大到1~1.5V ，采用通用运算放大器对探笔采样信号进行放大，优点是器件便宜易寻。
手写绘制板论文
2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘制板（G题）【本科组】2013年9月4日摘要关键字：ABSTRACT目录第一章方案比较与设计 (2)1.1 测量阻值的方案选择 (2)1.2 恒流源电路的方案选择 (2)1.3 开关电源的方案选择 (3)1.4 显示电路的方案选择 (3)第二章硬件电路 (4)2.1 恒流源电路 (4)2.2 H桥电路 (5)2.3 开关电源电路 (6)2.4小信号放大电路 (7)第三章系统理论分析与计算 (8)3.1 XX的分析 (8)3.2 XX的计算 (8)第四章软件设计 (9)4.1软件实现功能综述 (9)4.2主程序流程图设计 (9)第五章测试方案与测试结果 (10)5.1测试方案 (10)5.2测试条件与仪器 (11)5.3测试结果分析 (11)5.3.1 测试结果 (11)5.3.2测试分析与理论 (11)第六章总结 (13)参考文献 (14)附录 (15)附录一整体电路原理图 (15)附录二系统操作说明 (15)附录三主要程序清单 (15)附录四元器件明细表 (15)附录五仪器设备清单 (15)附录六 PCB图 (16)附录七电路实物图 (17)手写绘制板（G题）【本科组】第一章方案比较与设计1.1 测量阻值的方案选择覆铜板的坐标确定，需要根据覆铜板的阻值的大小，但覆铜板的阻值很小，为准确确定电阻，所以设计以下方案：方案一：测电压，通过分2组测量4个角落的电压，与表笔电压进行比较。
采用此方案精度高，缺点是比较麻烦，测量得出的是电压值，要进行换算。
但铜板阻值的精度为mΩ级。
，方案二：采用万用表，万用表电阻档直接测量即可，简单易行。
但是要求万用表的精度比较高，很难达到。
综合以上两种方案，选择方案一。
1.2 恒流源电路的方案选择A/D采集时为防止有电流进入，而且需要给H桥提供恒定电流。
所以设计以下方案：方案一：采用两只同型三极管，利用三极管相对稳定基极电压作为基准。
20132013年全国大学生电子设计大赛
D、射频宽带放大器
一、任务 设计并制作一个射频宽带放大器。 二、要求 1．基本要求 （1）电压增益Av ≥20dB，输入电压有效值Ui ≤20mV。Av在0～ 20dB范围内可调。 （2）最大输出正弦波电压有效值Uo≥200mV，输出信号波形无明显失真。 （3）放大器BW-3dB的下限频率fL ≤0.3MHz，上限频率fH≥20MHz， 并要求在1MHz～15MHz频带内增益起伏≤1dB。 （4）放大器的输入阻抗 = 50，输出阻抗 = 50 。
三.说明 1.必须使用普通的单面覆铜板。 a.不得更换其它高电阻率的材料。 b.不得对铜箔表面进行改变电阻率的特殊镀层处理。 c.覆铜板表面的刻度自行绘制。 d.测试时以该刻度为准。 e.考虑到绘制刻度的油墨可能是绝缘的，此处不要求表笔接触刻度线条时也 能具有正确感应能力。 2.覆铜板到电路的连接应满足以下条件 a.只有铜箔四角可连接到电路，除此之外不应有其它连接点（表笔触点除 外）。 b.不得使用摄像头、磁感应等额外传感装置。 3.表笔可选用一般的散装万用表表笔。 4.电源供电必须为单12V供电，系统功耗以电流表显示为准。
F、简易红外光通信
要求设计并制作一个红外光通信装置。用红外发光管和红外光接收模块作为 收发器件，用来定向传输语音信号，传输距离为2m，接收的声音应无明显失 真。 增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。语音信 号和数字信号能同时传输。 设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向90°，延长通信 距离2 m，尽量减小中继转发节点供电电流。
表笔
15x10cm覆铜板 B (12x8cm) A (6x4cm)
X刻度
LCD
电流表
电路
12V电源
Y刻度
二.要求 基本要求： 1.指示功能: 表笔接触铜箔表面时电路接触应能给出 明确指示。 10分 2.坐标定位功能: 覆铜板表面自行绘制纵横坐标以及 6x4cm（高精度区A） 和12x8cm（一般精度区B）两个虚线框。显示表笔接触覆铜板的触点坐标值。 坐标值以预先绘制在铜箔表面的刻度为准。(共40分) 能显示左右位置; 10分 能显示四象限; 10分 能进行必要的坐标变换,显示坐标值;(可用列表法进行坐标变换) 10分 坐标精度达10mm; (误差大于10％ 扣5分,大于20％不给分) 10分 扩展部分： 1.进一步提高坐标精度: 精量每提高2mm给5分,范围为区域A。(误差大于20 ％不给计分) 10分
2013年全国大学生电子设计大赛—手写绘图板
手写绘图板摘要：本系统以单片机MSP430F169为控制核心及数据处理核心,采用开关电源提供系统电压，采用可编程差动放大器ZMD31010作为提高覆铜板微电压增益的核心器件，设计并制作了一个手写绘图输入设备。
ZMD31010构成覆铜板上微电压的调理放大电路，通过单片机进行电压采集，再结合电学定位的方法确定覆铜板上表笔接触的位置，最终以数字形式显示接触点的坐标值。
本系统实现了对表笔触点坐标值的跟踪，分辨率可达到6mm以内,基本完成了显示表笔移动轨迹等功能。
测试结果表明，系统具有结构简单，定位精确，灵敏度高的优点。
关键词：可编程差动放大器调理放大开关电源一、方案比较与选择1、数据处理和控制核心选择方案一：采取MCS51单片机作为控制中心，51系列单片机的发展已有较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，但此系列单片机是8 位机，运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量的程序和实现快速精准的计算、控制、反应。
方案二：采取单片机MSP430F169作为主控，MSP430f169单片机TI推出的超低功耗16位的处理器，其内部资源非富，具有体积小、功耗低等诸多特点,使用方便，性价比高等诸多优点。
根据题目要求和实际需要，采用方案二。
2、覆铜板电学定位方案设计与选择方案一：采用对覆铜板对角接线定位法。
给覆铜板对角端一定的电压，根据表笔在覆铜板上的接触所得的电压画出等势线进行定位。
仿真如图1所示。
覆铜板边缘部分等势线分布相对密集，中心部分分布稀疏，这样定位就会有较大的偏差，精确度差，且实现复杂。
方案二：采用对覆铜板平行端接线定位法。
给覆铜板平行两端一定电压，同样根据表笔在覆铜板上的接触所得的电压画出等势线进行定位。
仿真如图2所示。
覆铜板等势线呈均匀分布状态，定位精确度高，且实现简单。
综上所述，采用方案二。
图1 图23、信号调理与放大方案设计方案一：采用差动放大电路。
采用仪表运放INA128搭建的差动放大电路，此方案需采用双电源供电，外围电路设计相对复杂，调试繁琐，需多级连调，且电路稳定性差，容易失调。
全国电子设计竞赛 手写绘图板设计报告
Semiconductor Inc as the core, the use of ordinary PCB copper clad laminate design and making handwritten drawing input device. The design and implementation of a resolution of PCB coordinate positioning system 12*. The system can quickly realize the coordinate display, display contact four quadrant, graphics rendering. The pixel point determination range 12*8cm PCB board 15*10cm is displayed on the LCD12864. And through the button switch between the different functions. Keywords: MC9S12XS128 LCD12864 PCB
III
手写绘图板（G 题） 【本科组】
1 系统方案
本系统主要由手写绘图电源模块、输入模块、输入检测放大模块、显示模块、微 控制器模块组成如图 1.1 所示，下面分别论证这几个模块的选择。
图 1.1 系统模块图
1.1 手写绘图输入设备的论证与选择
采用测量覆铜板电阻大小的原理，表笔接负极。在覆铜板四个角上各接一个电阻 接电源，当表笔接触到覆铜板上，测量表笔到四个角的电压，根据电压信号可以计算表 笔的坐标。覆铜板的电阻非常小，上面分得的电压就比较小，所以要对信号进行放大。
2013年全国大学生电子设计竞赛论文模板.
2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（G题）【ＮＸ０３０１组】2013年9月7日摘要：本设计利用覆铜板的电势场效应，检测铜板两点间的微弱的电位差，小信号电位差经过LM324进行千倍放大，从而经过快速的高精度的A/D转换。
使转换的信号经过单片机进行与所建立的触摸板坐标库函数进行比较，输出位置的的纵横坐标及所在象限，并且使精度大于0.8mm，并能很快显示表笔所在触摸板的位置。
通过检测，此方案是具有可行性的，关键字：电势差; LM324千倍放大电路; ARM系统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。
【电赛参考资料】G题手写绘图板(题目解析)
• 3.由于变成电压量不大,在1mV左右,要克服 另漂等因素; • 4.坐标变换;
• 解题基本思路
• • 坐标点的确定 利用表笔和附铜板接触点到四个角的距 离不同,四个电阻不一样,分流到四个角的电 流是不一样的;利用这个区别来确定坐标;
到 到 公
•
• 难点
• 1.恆流源的制作; • 2.微小电流差值的区分; • (1)用微电阻将电流变成电压,再用直流放 大器放大; • (2)用差分电桥,测两个电流差;
{手写绘图板}题目简介
• 一.题目说明 • 一.任务 • 要求在普通单面PCB覆铜板上一设计和制作一款 手写绘图输入设备。系统构成如图所示。一块普 通单面覆铜板，尺寸为15x10cm，其四角用导线 连接到电路。覆铜板表面自行绘制纵横坐标。同 时，电路引入一根带导线的普通表笔，手持表笔 可与覆铜板表面任意位置接触。电路应能感应表 笔与铜箔的接触，并测量触点位置，进而实现手 写绘图功能，并尽量降低功耗。
• 能显示四象限; 10分 • 能进行必要的坐标变换,显示坐标值;(可用列 表法进行坐标变换) 10分 • 坐标精度达10mm; (误差大于10％ 扣5分,大 于20％不给分) 10分 • 扩展部分： • 1.进一步提高坐标精度: 精量每提高2mm给 5分,范围为区域A。(误差大于20％不给计分) • 10分
• 三.说明 1.必须使用普通的单面覆铜板。 • a.不得更换其它高电阻率的材料。 • b.不得对铜箔表面进行改变电阻率的特殊镀层处 理。 • c.覆铜板表面的刻度自行绘制。 • d.测试时以该刻度为准。 • e.考虑到绘制刻度的油墨可能是绝缘的，此处不 要求表笔接触刻度线条时也能具有正确感应能力。 • 2.覆铜板到电路的连接应满足以下条件
表笔
15x10cm覆铜板 B (12x8cm) A (6x4cm)
手写绘图板设计报告
手写绘图板摘要本作品基于四线制测电阻原理的基本原理，测量电压，计算电阻值来确定位置。
以单片机MSP430的最小系统为控制核心，采用单12V供电。
表笔接触铜箔表面时，能给出明确显示。
具有显示坐标大小、横坐标正负和在屏幕上显示对应点的功能，还能跟踪表笔动作并显示绘图轨迹。
其显示精度为10mm,绝对误差不大于5mm。
可显示12cm×8cm的范围，高精度区为6cm×4cm。
关键词：MSP430，绘图一、方案比较和选择1、控制方案的选择方案一：采用51单片机实现控制功能。
运用比较广泛，有良好的知识基础，上手比较快。
本系统的程序量比较大，需要的I/O口资源比较多，51单片机很难胜任这些功能。
方案二：可以使用FPGA实现控制功能。
电路设计比较简单，可以很容易的实现控制、显示和键盘等功能。
价格较高，显得大材小用。
方案三：可以使用MSP430F149单片机同时完成检测、控制、显示等功能，且该单片机以超低功耗著称，此方案简单易行，设计自由度大而且成本较低。
基于上述考虑，拟采用方案三。
2、显示模块的选择方案一：选用12864液晶屏。
与1602lcd相比，12864液晶屏有显示信息量较大的特点，且具有图形显示的功能，满足题目基本要求。
但功耗相对较高以及响应速度较慢是其缺点。
方案二：选用TFT彩色液晶屏。
彩色液晶屏显示信息丰富，具有灵活现成的函数可以调用，开发周期短，响应快，功耗低，画面细腻，人机界面友好。
但编程较为复杂，成本高。
基于上述考虑，拟采用方案一。
3、放大电路方案的选择方案一：采用两级运算放大器对表笔采集的微弱信号进行放大，运算放大器采用型号为OP07。
通过MULTISIM仿真软件可以实现放大1000倍，但是在实际操作中有很多不理想的因素，会造成较大的误差，未采用。
方案二：采用HX711 A/D转换芯片。
HX711是一款24位 A/D转换芯片。
采用片上放大器进行放大。
利用HX711芯片可使放大后的电压值更利于A/D采集，且电路简洁，减少了整个系统的功耗，但是A/D值抖动厉害，所以最终采用两级OP07做放大电路。
全国电竞赛—手写绘图板设计报告—李大猛
电源电路是用环形变压器三端固定稳压器获得±5V电源，+5V用7805输出， -5V 用7905 输出，环形变压器的电压经过三端固定稳压器，再经整流桥整流, 用电容滤掉高频成分。如图3.3.1
图 3.3.1 ±5V 稳压电源电路
Port
+15V
U1 1 IN
OUT 3
GND
2
LM7815CT
U2 1 IN
3
40000次，功耗低，可以满足本设计要求。
2.2.2 显示方式的设计方案论证与选择
方案一：采用LED数码管显示。如果需要显示的内容较多，过多增加数码管 的个数显然不可行，进行轮流显示则控制复杂，此外，数码管需要较多连线，使 电路复杂，功耗比较大。
方案二：采用带字库的液晶模块LCD12864显示。可以显示字符、图片，利用 单片机直接驱动液晶显示模块，设计简单，且显示界面宽大美观舒适，耗电小。 综上所述，本设计要显示的内容较多，所以选择方案二，采用LCD12864实时显示 波形的型类、频率、占空比和幅度等功能。
综上所述，选择方案二，采用环形变压器三端稳压器电路。
三、系统硬件设计
3.1 系统的总体方案
本系统采用 STC 系列单片机为核心的触摸手写绘图板系统。它主要包括以下 几个组成部分：1) 绘图板电压采集；2)屏体显示；3) 数据处理；4）数据采集 AD 转换。具体来讲给覆铜板两端加载 5 伏电压，另两端接地。手写笔一端通过 放大器连接 A/D 转换电路，A/D 转换电路连接单片机。覆铜板相当于滑动变阻器 两端，手写笔相当于变阻器的滑动端。当手写笔在覆铜板上滑动时，相应的手写 笔上的电压会规律性发生变化。由于覆铜板电阻率较低，相应的手写笔上的电压 变化值 0-3 毫伏，低电压信号通过多级级联高增益放大器把低电压信号放大后送
2013年全国大学生电子设计竞赛A题报告
1、主程序流程图
6
外部中断 信号输入 单片机检 测中断信 号 外部中断 ０响应 计时开始
外部中断 １响应 计时结束
如果计时达 到１０次，输 出结果
7
4 测试方案与测试结果
附录 1：题目要求 .................................................... 9 附录 2：TL494 内部电路图 ………………………………………………………11 附录 3：源程序 ……………………………………………………………………13
单相 AC-DC 变换电路（A 题） 【本科组】
2 系统理论分析与计算
2
2.1 稳压稳流原理的分析 2.1.1 鉴于ＴＬ４９４自带有反馈控制端，因此电路中采用电压采样然后输入到Ｔ Ｌ４９４的１管脚，与２管脚的设计电压相比较。当反馈电压大于２管脚电压的时 候，４９４内部封锁信号输出端，待电压降低后再继续输出。对于电压较小时，则 加大输出占空比，使电压逐步回升。对于电流，则需要先用小电阻将电流转换成电 压经运放放大再输入到 494 的 16 管脚与 15 管脚的设计电压比较，原理同电压反馈 相同。 2.2 TL494 振荡频率的计算 2.2.1 f=1.1/（RC）其中 R、C 分别为 5、6 管脚所接的电压电阻。本电路中电阻为 22K，电容为 1000PF，算的振荡频率为 50KHZ。 2.3 采样电阻的计算 2.3.1 稳压采样电阻，由于要求稳压输出为 36V，而 2 管脚电压为 5V，所以并联支 路总电阻最少为采样电阻的 7.2 倍。本电路采用 1K 采样电阻，21K 并联分支总电阻。
G题手写绘图板资料
2013年全国大学生电子设计竞赛手写绘图板（G题）【本科组】2013年9月7日手写绘图板摘要手绘板，众所周知，是计算机输入设备的一种，通常是由一块板子和一支压感笔组成。
它和本文所介绍的手写绘图板等作为非常规的输入产品相类似，都针对一定的使用群体。
手写绘图板主要是利用一根连接到电路的普通表笔在PCB 覆铜板上实现简单的绘图及坐标查找功能，并能在表笔接触板上任一点时，明确显示触点的象限位置及坐标值。
它包括硬件电路和软件编程两部分。
硬件电路主要包括恒流源、二级差分放大、单片机内部A/D采样模块、显示模块。
由于敷铜板的电阻很小，所以是采集小信号，然后将采集到的两路电压信号差分放大后经过二级放大得到一个稳定变化的电压值，然后用AD采样经数值变换得到坐标，用低功耗单片机MSP430F14处理，在HB240128液晶显示屏上显示。
采集若干点在液晶上描点还可以绘制一些简单的图形。
【关键字】MSP430F149 敷铜板差分放大 AD采样低功耗Handwritten Drawing BoardAbstract：Hand-painted plates, we all know, is a computer input device, which is usually caused by a board and a pressure sensitive pen components. It is described in this article handwriting and drawing board unconventional inputs such as similar products are used for certain groups. Handwriting mainly using a graphics tablet connected to the circuit common table pen on the PCB CCL simple graphics and coordinate search function, and can contact board office table pen point, clearly shows the location and contact quadrant coordinate values. It includes hardware circuitry and software programming in two parts. Hardware circuit includes a constant current source, two differential amplifier, internal microcontroller A / D sampling module, display module. Since Bonded Copper resistance is small, so small signal is collected and then collected two amplified differential voltage signal amplified through two changes to get a stable voltage value, and then use AD sampling by numerical transform coordinates, with a low processing power microcontroller MSP430F14 in HB240128 displayed on the LCD. Collected at several points on the LCD can also draw on the tracing point some simple graphics.【Keywords】MSP430F149 A/D sampling Copper Differential amplifierI目录一、引言 (1)1.1 系统总体框架 (1)1.2 本设计应该达到的技术指标 (1)1.2.1 基本要求 (1)1.2.2 发挥部分 (1)二、系统方案选择与论证 (2)2.1 系统方案选择 (2)2.2 主控器件的选择 (2)2.3 稳压电路的选择 (3)2.4 运放的选择 (4)三、系统总体设计 (5)3.1 系统总体硬件电路框图 (5)3.2 系统软件框图 (5)四、系统单元电路设计 (6)4.1恒流源电路 (6)4.2 信号采集电路 (7)4.3 二级差分放大电路 (7)4.4负电压产生电路 (7)五、系统测试与数据分析 (8)5.1 测试仪器 (8)5.2 相关测试数据 (8)5.3 测试结果分析 (9)六、重要程序解析 (9)6.1 A/D采样程序 (9)6.2 拟合算法程序 (10)七、结论与系统改进措施 (12)7.1 题目达到了所有基本和部分扩展功能及指标的要求： (12)II7.2 存在问题及改进措施： (12)八、参考文献 (12)附录 (13)III1一、引言1.1 系统总体框架根据手写绘图板题目要求和本系统的设计思想，系统主要包括图1.1 所示的模块。
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摘要本手写绘图板系统由精密恒流源电路、低功耗模拟检测采样电路、高精度仪用放大器、AD转换器、单片机控制电路（MSP430）、12864液晶显示电路构成。
本系统使用普通覆铜板，对其对角交叉通过测试电流，探笔测得覆铜板上采样电压，将采样信号差模输入仪用放大器进行信号高精度放大后送入MSP430芯片，利用单片机内部自带AD转换，编程实现采样信号电压与坐标之间转换（算法采用有限元分析法和曲线拟合分析），主要可以实现以下功能：12864液晶上显示出探笔接触覆铜板上点的坐标值，并且基本实现在覆铜板上画圆，本设计具有低功耗的功能，并达到题目要求的测量精度。
关键词：手写绘图板覆铜板MSP430仪用放大器AD转换单片机最小系统目录一、方案论证与比较 ................................................................................................................................- 2 -1．检测采样部分 ..............................................................................................................................- 2 - 2．主控电路部分 ..............................................................................................................................- 2 -3. 坐标点测量方法 ...........................................................................................................................- 2 -二、系统设计 ............................................................................................................................................- 3 -1. 总体设计 .......................................................................................................................................- 3 -2. 单元电路设计 ...............................................................................................................................- 3 -（1）恒流电路 ..........................................................................................................................- 3 - （2）覆铜板换流控制...............................................................................................................- 4 - （3）探笔信号采集电路...........................................................................................................- 5 - （4）主控电路 ..........................................................................................................................- 6 - （5）显示部分 ..........................................................................................................................- 6 -3. 程序设计 .......................................................................................................................................- 6 -（1）程序完成功能...................................................................................................................- 6 - （2）程序流程图.......................................................................................................................- 6 -三、系统测试 ............................................................................................................................................- 7 -1. 测试方案 .......................................................................................................................................- 7 -（1）硬件调试 ..........................................................................................................................- 7 - （2）软件调试 ..........................................................................................................................- 8 - （3）软硬联调 ..........................................................................................................................- 8 -四、测试结果及分析 ................................................................................................................................- 8 -1. 性能测试分析 ...............................................................................................................................- 8 -（1）描点模式测试...................................................................................................................- 9 - （2）划线模式测试...................................................................................................................- 9 - （3）功耗测试 ..........................................................................................................................- 9 -2. 功能测试分析 ...............................................................................................................................- 9 -3. 误差分析 .......................................................................................................................................- 9 -（1）系统误差 ....................................................................................................................... - 10 - （2）随机误差 ..................................................................................................................... - 10 -五、参考文献： ..................................................................................................................................... - 10 -六、附录： ........................................................................................................................................... - 11 - 附1：覆铜板等电势分布图 .................................................................................................................. - 11 - 附2：等电位换流测试数据（500mA为基准）.................................................................................. - 11 - 附3：MSP430最小系统电路图............................................................................................................ - 12 - 附4：元器件明细表 .............................................................................................................................. - 12 - 附5：电路原理图图纸 .......................................................................................................................... - 15 - 附6：作品照片 ...................................................................................................................................... - 16 -一、方案论证与比较根据题目要求，我们分以下两个部分进行方案设计与论证： 1．检测采样部分方案一：根据实际测量计算，覆铜板需要较小的测试电流，探笔测得电压较小，通常为几uV 到几个mV 之间，为满足要求需将采样电压放大到1~1.5V ，采用通用运算放大器对探笔采样信号进行放大，优点是器件便宜易寻。