20##年全国大学生电子设计竞赛
手写绘制板（G题）
【本科组】
20##年9月4日
摘要
关键字：
ABSTRACT
目录
第一章方案比较与设计... 1
1.1 测量阻值的方案选择... 1
1.2 恒流源电路的方案选择... 1
1.3 开关电源的方案选择... 2
1.4 显示电路的方案选择... 2
第二章硬件电路... 3
2.1 恒流源电路... 3
2.2 H桥电路... 4
2.3 开关电源电路... 5
2.4小信号放大电路... 6
第三章系统理论分析与计算... 7
3.1 XX的分析... 7
3.2 XX的计算... 7
第四章软件设计... 8
4.1软件实现功能综述... 8
4.2主程序流程图设计... 8
第五章测试方案与测试结果... 9
5.1测试方案... 9
5.2测试条件与仪器... 10
5.3测试结果分析... 10
5.3.1 测试结果... 10
5.3.2测试分析与理论... 11
第六章总结... 12
参考文献... 13
附录... 14
附录一 整体电路原理图... 14
附录二 系统操作说明... 14
附录三 主要程序清单... 14
附录四 元器件明细表... 14
附录五 仪器设备清单... 14
附录六 PCB图... 15
附录七 电路实物图... 16
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。这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，成本低。缺点是不同的工作电流下，电压也会有一定的波动。
方案二：采用基准源TL431，整个电路的电流的数值可以自由控制，而且它结构简单，精度好，有很好的温度稳定性，能夠提供稳定的静态特性。此设计的精度要求比较高，因此采用方案二。
1.3 开关电源的方案选择
整个电路需要一个单12V电源供电，来保证电路的运行，所以设计以下方案：
方案一、采用LM7812电源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。但是上电后发热严重，需要加散热片，所以效率比较低。
方案二、采用三端稳压电源电路，该方案结构简单，使用方便，干扰和噪声较小。数字电位器误差较大，控制精度不够高。所以否定了这种方案。
方案三、采用LM2596开关电源电路，具有很好的线性和负载调节特性,输出电压稳定可调，只需4个外接元件，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。功耗小，不需要加散热片，效率高。
综合考虑采用方案三。
1.4 显示电路的方案选择
系统中需要得知触点的具体位置，将表笔测量触电位置正确显示，具体有以下几种方案：
方案一：采用数码管显示。数码管显示更加清晰，更加适合在白天等强光条件下显示。数码管显示内容单一，外部电路复杂，占用的单片机的资源比较多而且不能显示汉字。
方案二：采用液晶1602显示。1602内部集成有显示芯片，可以识别英文字母、阿拉伯数字和日语片假名。但是1602浪费显示屏幕，显示内容少，不能满足要求。
方案三：采用液晶12864显示。12864体积小，成本低，功能强可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，，显示内容丰富、清晰、快速，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象，而且显示效果较好，容易编程实现。因此系统选用12864的液晶显示器。
第二章 硬件电路
本手写绘制板控制系统,主要由单片机、小信号放大模块、H桥模块、恒流源模块、显示等模块组成。硬件整体电路图如图1所示，
表笔
AD4 AD3 AD2 AD1 AD0
图2.1 系统整体框图
（1）恒流源电路，主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出H桥需要的恒定电流。同时，防止A/D有电流进入。
（2）H桥电路，主要采用MOS管。电流经过H桥，通过控制H桥中MOS管的导通，测量另一个H桥中的电压。
（3）小信号放大电路，因为H桥和表笔输出的电压极小，通过正向放大，将H桥测出的电压进行放大，便于分析比较。
（4）显示电路，通过CPU与液晶显示屏12864连接，当表笔接触铜箔表面时，能够显示明确位置和和横纵坐标及四象限坐标值。
2.1 恒流源电路
图2.2为横流源电路，主要由TL431、8050、LM324、TL084组成。输入电压+5V，TL431给R3提供稳定的2.5V电压，TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。R4起分压作用。2.5V电压通过电压跟随器LM234输出2.5V，MOS管打开，有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化。当LM234的输入电压增大时，场效应管的压差减小，MOS管关闭，此时LM234的N极电压大于P极电压，场效应管的栅极电压减小，所以电流几乎恒定。横流源电路与H桥连接，防止测量时，有电流进入AD。
图2.2横流源电路图
2.2 H桥电路
H桥电路如图2.3，主要由8个N沟道MOS管组成，型号采用IRF3205。IRF3205是HEXFETR功率金属氧化物半导体场效应晶体管，够提供最大的功率输出和最可能小的导通阻抗。要想使IRF3205导通，在MOS管栅极g加高电平。但是要保证H桥上两个同侧的MOS管不会同时导通非常重要。如果MOS管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个MOS管直接回到负极电路中除了MOS管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏MOS管。
电路图2.3中Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过覆铜板，然后再经Q4回到电源负极，测出J12和J13的电压，再测表笔电压，通过电压的比较与推算得出X轴。同理，当Q5管和Q8管导通时，可以测出J5和J11的电压，得出Y坐标。
图2.3.电桥电路图
2.3 开关电源电路
图2.4为开关电源稳压电路原理图，输入电压3.2V～40V,输出电压1.2V～35V，输出电流3A。电路中的LM2596是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。电路中靠近LM2576的输入电容C1，为了防止在输入端出现大的瞬态电压，C1电流的均方根值至少要为直流负载电流的一半。输出电容C2至少应是输出电压的1.5倍。输入端的VD1防止短接。为了产生不同的输出电压，通过调节R1。
图2.4.开关电源电路图
2.4小信号放大电路
小信号放大电路如图2.5所示，由五个正向放大电路组成，例如正向放大UIA,将J12电压作为输入信号电压Vi（=Vp）加到运放的同向输入端“+”，输出端电压Vo通过和R24的分压作用，得到
，作用于反向输入端“-”。 RP1是一个电位器，根据输出放大的需要，可以调节RP1的阻值，将输出电压放大到mV级别。方便与表笔电压的对比。
图2.5放大电路图.
第三章 系统理论分析与计算
3.1 XX的分析
3.2 XX的计算
第四章 软件设计
4.1软件实现功能综述
本设计本设计是通过CPU对覆铜板的坐标进行采样、量化后，测量出X、Y坐标。再经过信号处理电路将这一直流模拟量转换为16位的并行数字量，并送入单片机进行处理。在单片机中将输入的16位数字量进行量化，根据X、Y坐标状态不同，分别将坐标位置输出到12864显示部分。
根据上述可以实现液晶显示。
4.2主程序流程图设计
开始
图4.1 主程序流程框图
第五章 测试方案与测试结果
5.1测试方案
一、硬件测试
图5.1.TL084仿真原理图
图5.2.TL084仿真图
二、软件仿真测试
三、硬件软件联调
5.2测试条件与仪器
测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。
5.3测试结果分析
5.3.1 测试结果
5.3.2测试分析与理论
根据上述测试数据，XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX，由此可以得出以下结论：
1、
2、
3、
综上所述，本设计达到设计要求。
第六章 总结
参考文献
[1] 李雅轩，杨秀美，李艳萍．电力电子技术[M]．北京：中国电力出版社,2007
[2] 钱照明，袁义生．开关电源EMC设计研究现状及发展[J]．电子产品世界,2003
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[6] 梅丽凤等编著.单片机原理及接口技术.清华大学出版社，2009.7
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[9] 胡汗才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社，2004
[10] 钱晓捷.汇编语言程序设计[M].高等学校教材，2005
[11] 穆兰.单片微型计算机原理及接口技术[M].机械工业出版社,1996
附录
附录一 整体电路原理图
图1 整体电路图
附录二 系统操作说明
附录三 主要程序清单
附录四 元器件明细表
附录五 仪器设备清单
附录六 PCB图
图1.电源的PCB原理图
图2.PCB硬件总电路图
附录七 电路实物图