20xx年全國電子設(shè)計(jì)大賽基于單片機(jī)優(yōu)秀論文(編輯修改稿)
2024-12-02 15:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 手寫繪圖輸入設(shè)備。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 1 所示。普通覆銅板尺寸為 15cm 10cm，其四角用導(dǎo)線連接到電路，同時(shí)，一根帶導(dǎo)線的普通表筆連接到電路。表筆可與覆銅板表面任 意位置接觸，電路應(yīng)能檢測(cè)表筆與銅箔的接觸，并測(cè)量觸點(diǎn)位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手寫繪圖功能。覆銅板表面由參賽者自行繪制縱橫坐標(biāo)以及 6cm x4cm（高精度區(qū) A）和 12cm x8cm（一般精度區(qū) B）如圖中兩個(gè)虛線框所示。 圖 設(shè)計(jì)要求 （ 1）指示功能：表筆接觸銅箔表面時(shí)，能給出明確顯示。 （ 2）能正確顯示觸點(diǎn)位于縱坐標(biāo)左右位置。 （ 3）能正確顯示觸點(diǎn)四象限位置。 （ 4）能正確顯示坐標(biāo)值。 （ 5）顯示坐標(biāo)值的分辨率為 10mm，絕對(duì)誤差不大于 5mm。 發(fā)揮部分 （ 1）進(jìn)一步提 高坐標(biāo)分辨率至 8mm 和 6mm；要求分辨率為 8mm 時(shí)，絕對(duì)誤差不大于 4mm；分辨率為 6mm 時(shí)，絕對(duì)誤差不大于 3mm。 （ 2）繪圖功能。能跟蹤表筆動(dòng)作，并顯示繪圖軌跡。在 A 區(qū)內(nèi)畫三個(gè)直徑分別為 20mm，12mm 和 8mm 不同直徑的圓，并顯示該圓； 20mm 的圓要求能在 10s 內(nèi)完成，其它圓不要求完成全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽設(shè)計(jì)報(bào)告 3 時(shí)間。 （ 3）低功耗設(shè)計(jì)。功耗為總電流乘 12V；功耗越低得分越高。要求功耗等于或小于 。 （ 4）其他。如顯示文字，提高坐標(biāo)分辨率等。 2 方案 設(shè)計(jì) 與 論證 根據(jù) 設(shè)計(jì) 的要求，設(shè)計(jì)任務(wù)主要完成 表筆觸 點(diǎn) 的精確顯示以及手寫繪圖的 功能 ，并能 達(dá)到低功耗的要求， 同時(shí) 進(jìn)行 顯示。為完成相應(yīng)功能，系統(tǒng)可以劃分為以下幾個(gè)基本模塊： 電源模塊、主控系統(tǒng)、 手寫模塊、信號(hào)采集 、以及 信息顯示模塊。 由此可得，本系統(tǒng)的系統(tǒng)總體框圖如下所示。 電 源L M 3 S 3 7 4 8信 號(hào)放 大A D 信號(hào) 轉(zhuǎn)換 采集手 寫輸 入L C D 液 晶顯 示電 流 表 圖 2 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng) 方案論證 根據(jù)的要求， 設(shè)計(jì)的覆銅板如下， 設(shè)計(jì)了 為了精確定位表筆觸點(diǎn) ，可以采取的方案如下： 圖 手寫板 方案一 : 測(cè)量 覆銅 板 四角到表筆間 電容充放電時(shí)間。 如圖所示，開關(guān)置 1 期間為 ton，置 2期間為 toff，周期為 T=ton+toff。在 ton 期間 E 經(jīng) R 向 C 充電至 U1，（如果 ton 足夠長(zhǎng)，也可以充電至 E）。在 toff 期間電容 C 中的電荷 Q 以電流 Io 對(duì)地放電，電容上的電壓 uc 從 U1 下降到Ur 所釋放的電荷： delta_Q=C（ U1Ur） =Io*toff （ 1） 所以 offro tUU IC ?? 1 （ 2） 當(dāng) U Ur、 Io 已知時(shí)測(cè)量 toff 就可以得到電容值 C。而 toff 可以通過比較器 IC1 測(cè) uo 的低電平的時(shí)間來 得到。 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽設(shè)計(jì)報(bào)告 4 R1 2sCIoEU r I C 1uouc 圖 電容充放電原理 方案二：采用測(cè) 覆銅板四角到表筆間的 電阻 構(gòu)成電橋，并如 下圖所示 將被測(cè) 電橋橋臂 電阻 R，放入 恒流源電路中 ， 并用 AD測(cè)出 Rx 兩端的電壓 U。 則 : U=I*R 圖 電橋 方案三：測(cè)量 覆銅板四角到表筆間 的 電 感 ； 采用開關(guān)電路，恒流源向被測(cè)電感充電 ,經(jīng)過一個(gè)二極管放電，用 ARM 單片機(jī)定時(shí)測(cè)量穩(wěn)定放電時(shí)間 tD 來測(cè)量電感值的原理由式（ 1）給出： 12DPxDULtII? ? 其中 tD 是二極管穩(wěn)定正向?qū)ǖ臅r(shí)間段， UDP 是二極管的正向?qū)妷海?I1 與恒流源 Is有關(guān)， I2 近似為零，并且穩(wěn)定放電電流是線性下降的， Lx 為所求電感。 綜上所述， 電橋法 測(cè)電阻具有測(cè)量 電路簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)， 通過恒流源測(cè)電壓信號(hào)采集較為簡(jiǎn)單。 而且經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)待測(cè) 覆銅板四角到表筆間 電容，電感測(cè)量較為復(fù)雜可能導(dǎo)致電筆 定位不 精確 ，故選擇方案二。 電源 模塊 方案一： 采用 穩(wěn)壓芯片 LM7805 穩(wěn)壓電路， 將輸入的 12V 降壓并穩(wěn)定在 5V，較為穩(wěn)定 。 缺點(diǎn)是 線性穩(wěn)壓電路 ,所 有有其特有的內(nèi)部功率損耗大 ,全部壓降均轉(zhuǎn)換為熱量損失了 ,效率低 。 (1) 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽設(shè)計(jì)報(bào)告 5 圖 方案二： 采用 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器 LM2596，將輸入的 12V 降壓并穩(wěn)定在 5V。它是 降壓型電源管理單片集成電路能夠輸出 3A 的驅(qū)動(dòng)電流 ， 具有完善的 保護(hù)電路 、電流限制 ，而且具有低功耗的工作模式。 圖 LM2596 方案三： 選擇 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換模塊 MORNSUN 電源 與開關(guān)電源 LM2596 結(jié)合的方式，開關(guān)電源具有良好的低功率特性，而 MORNSUN 電源 對(duì)模擬和數(shù)字電路分開使用或完全隔離電源和接地回路可避免數(shù)字直流電平的變化和邏輯瞬態(tài)過程干擾敏感的模擬電路。 比較上述 三 種方案， MORNSUN 電源 與開關(guān)電源 LM2596 結(jié)合的方式 ， 能提高信號(hào)采集的精度，而且能達(dá)到低功耗的要求 故選擇方案 三 。 主控系統(tǒng) 方案一： 采用 TECHV2410 開發(fā)板，因?yàn)?S3C2410 是 200 MIPS ARM920T 內(nèi)核 ， 外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展： 64MB， SDRAM、 32MB 的 NANDFlash， 10/100M 自適應(yīng)以太網(wǎng)接口 ， USB 接口（ Host 或 peripheral）兩種模式 ， 標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 接口 ， 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC）單元 ， 擴(kuò)展總線接口，
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