樂麗琴，賀素霞，杜東洲

(黃河科技學(xué)院，河南鄭州，450063)

0 引言

21 世紀(jì)的到來，讓我們步入了高速化，知識(shí)化的信息時(shí)代。讓我們生活中的諸多領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化，比比皆是的活動(dòng)，工作都由計(jì)算機(jī)接管了下來。甚至連傳統(tǒng)的手工繪畫工藝也可以通過小巧的繪圖板來實(shí)現(xiàn)。繪圖板的普及將會(huì)為人們發(fā)揮繪畫，書法，多媒體，視頻等藝術(shù)才干提供了高科技的平臺(tái)，借助于繪圖板以及各個(gè)專業(yè)制作軟件的幫助，圖形圖像視頻等的處理技術(shù)必將在藝術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮更好的作用。

1 方案論證與比較

方案一：橋式電路法。 利用電橋平衡時(shí)，電橋上無電流通過，無壓降?？蓪~板串入任意一電組，采集橋上的電壓變化信號(hào)或電流變化信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于制作，缺點(diǎn)是電流過大造成功率過大。極有可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

方案三：等效電阻法。把銅板等效為四個(gè)微小電阻，與其同量級(jí)的康銅絲串聯(lián)接收電路。其輸出電壓與原電壓作差分放大輸出，然后經(jīng)A/D 采集送入主控芯片中做數(shù)據(jù)處理。優(yōu)點(diǎn)工藝簡(jiǎn)潔，易實(shí)現(xiàn)，能達(dá)成設(shè)計(jì)要求。

綜合考慮控制電路功耗、成本以及可行性，選擇方案三。

2 核心硬件方案

2.1 電源模塊

采用成品的12V 蓄電源，且經(jīng)過集成穩(wěn)壓器件lm2596，該電源驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能長時(shí)間持續(xù)提供穩(wěn)定電壓。利于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，確保測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)。

2.2 控制模塊

選擇STC89C52 單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的控制，該單片機(jī)具有IAP 功能，運(yùn)行穩(wěn)定，支持在線下載，且內(nèi)部集成了EEPROM，STC98C52 是我們比較熟悉的一種常用的單片機(jī)，指令系統(tǒng)和AT89C52 兼容，價(jià)格便宜，較容易購買。

2.3 顯示模塊

使用我們最常見的顯示器件LCD1602 顯示屏，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。它易于控制，便于操作，并且比較廉價(jià)，還能滿足題目的要求。

2.4 A/D 轉(zhuǎn)換模塊

使用8 位A/D 轉(zhuǎn)換器件PCF8591，它具有低功耗、速度快，分辨率高的特點(diǎn)，還能很好的采集出信號(hào)，自身具有的功能就能滿足本系統(tǒng)要求，另外價(jià)格比較適中，節(jié)約成本。

3 系統(tǒng)總體電路的設(shè)計(jì)

3.1 硬件電路總體框圖

硬件電路總體框圖如圖3.1 所示。

圖3.1 總體框圖

3.2 單元電路設(shè)計(jì)

（1）信號(hào)采集

如圖3.2 所示粉紅色的為標(biāo)準(zhǔn)的康銅絲，紅色代表是測(cè)試觸筆，黑色的長方形就是我們的繪圖板。信號(hào)從紅色表筆（觸筆）輸入，從四路粉紅色康銅絲輸出。由于輸入（觸筆）的位置不同會(huì)在四路康銅絲產(chǎn)生不同的電壓降，這四路壓降就是我們所求的四路采集信號(hào)。

圖3.2 信號(hào)采集模塊

（2）信號(hào)差分放大電路

為AD620 的內(nèi)部構(gòu)造模塊，是由三個(gè)雙極性運(yùn)算放大器件OP07 組成的差分放大電路，放大倍數(shù)可達(dá)2000 倍以上。OP07是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器。

把第一步采集出的四路壓降信號(hào)分別從AD620 放大電路兩輸入端輸入，然后四路壓降小信號(hào)經(jīng)過AD620 差分放大后輸出。

（3）A/D 轉(zhuǎn)換器

本作品的A/D 轉(zhuǎn)換器，使用PCF8591 。第二部經(jīng)放大后的電差小信號(hào)，通過PCF8591 把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。

（4）單片機(jī)及外圍基本電路

單片機(jī)外圍電路有基本的石英晶振電路，復(fù)位電路，P0 口外接的上拉電阻。

（5）LCD 顯示模塊

LCD 顯示模塊使用我們最常見的LCD1602 顯示屏，它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。數(shù)字電壓信號(hào)經(jīng)單片機(jī)分析處理后直接顯示到LCD 上來，清晰明了，簡(jiǎn)潔大方。

4 程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用51 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，啟動(dòng)過后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取信息，欲完成軟件設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在當(dāng)表筆放在銅板上不同的位置時(shí)，主控芯片單片機(jī)能驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

5 坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量方法

首先在覆銅板上做出如題意的十字坐標(biāo)，并自行繪制了橫縱坐標(biāo)。當(dāng)表筆接觸某一位置時(shí)，記下銅板上該點(diǎn)的坐標(biāo)和單片機(jī)通過A/D 采集分析后經(jīng)串口通信到電腦上的數(shù)值，讓單片機(jī)對(duì)銅板各坐標(biāo)的串口數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以便顯示在液晶屏上，雖然此方法比較繁瑣，笨拙。但是結(jié)果精準(zhǔn)可靠，能達(dá)到我們所需的坐標(biāo)顯示數(shù)值。

6 總結(jié)

本課題以STC89C52 單片機(jī)為核心元件，設(shè)計(jì)了一款手寫繪圖板。系統(tǒng)通過和銅板阻值同量級(jí)的精準(zhǔn)阻性原件康銅絲與銅板四角連接在電路中產(chǎn)生所需小電壓信號(hào)，利用高精度儀表放大器件AD620（內(nèi)含三個(gè)OP07）設(shè)計(jì)差分小信號(hào)放大模塊并進(jìn)行微小信號(hào)放大，使用PCF8591 作A/D 采集芯片，以低功耗LCD12864 作業(yè)顯示控制器件顯示出表筆所在的位置坐標(biāo)。此外本系統(tǒng)還附加有短路保護(hù)功能，按鍵控制功能，還可以對(duì)電路中的各電參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和顯示。整體機(jī)構(gòu)緊湊，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠穩(wěn)定，成本低、效率高，較好達(dá)到了基本指標(biāo)。

[1] 楊鵬飛等.AS3.0 繪圖板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].軟件導(dǎo)刊，2012 第5 期.

[2] 郭天祥.51 單片機(jī)C 語言教程.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3] 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽訓(xùn)練教程.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[4] 胡石根等.漢字聯(lián)機(jī)手寫識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2010 年第9 期.