雷金橋，陳德倫，歐陽次山，沈小麗（.中國計量學(xué)院計量測試工程學(xué)院，浙江杭州3008；.中國計量學(xué)院機電工程學(xué)院，浙江杭州3008）

基于STN 32手寫繪圖板的設(shè)計

雷金橋1，陳德倫1，歐陽次山1，沈小麗2
（1.中國計量學(xué)院計量測試工程學(xué)院，浙江杭州310018；2.中國計量學(xué)院機電工程學(xué)院，浙江杭州310018）

系統(tǒng)以STM32處理器為控制核心，主要包含恒流源模塊、輸入模塊、放大輸入檢測模塊、顯示模塊等。通過將覆銅板上變化的電壓使用精密放大器放大后送給A/D轉(zhuǎn)換電路進行數(shù)據(jù)采集，單片機對采集的數(shù)據(jù)進行處理，計算出觸點的坐標(biāo)并在液晶顯示屏上進行顯示。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以正確識別手寫輸入的圖形和文字。

STM32F103；微信號放大；恒流源；手寫繪圖板

O 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，手寫繪圖板在教學(xué)和生活中的應(yīng)用越來越廣泛。目前市面上大多數(shù)的手寫繪圖板雖然精度較高，但價格較昂貴，操作復(fù)雜，顯示不方便，而且在很多場合對手寫識別精度要求不高。因此操作簡單、價格低廉、攜帶方便的手寫繪圖板有廣泛的應(yīng)用需求空間。本文介紹了一種手寫繪圖板系統(tǒng)的設(shè)計，采用STM32高性能處理器作為核心控制芯片，顯示器選用TFT真彩液晶，實時性高，人機界面友好［1］。該系統(tǒng)具有操作簡單、攜帶方便、測量快速、性價比高等優(yōu)點。

1 手寫繪圖板描點原理

覆銅板的一條對角線端點A和D接正，另一條對角線C和B接負，檢測表筆觸點電壓，記錄數(shù)據(jù)M。然后單片機控制MOS管開關(guān)切換成A和D接負，B和C接正，檢測表筆觸點電壓，記錄數(shù)據(jù)N。最后進行數(shù)據(jù)處理，計算出觸點坐標(biāo)。電位線分布比較均勻有規(guī)律，數(shù)據(jù)處理較簡單，可以獲得電壓與位置的關(guān)系。覆銅板示意圖如圖1所示。

圖1 覆銅板示意圖

2 系統(tǒng)電路設(shè)計

手寫繪圖板系統(tǒng)主要由恒流源模塊、輸入模塊、放大輸入檢測模塊、顯示模塊等電路組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 STN 32處理器及系統(tǒng)接口電路

微處理器是整個系統(tǒng)的控制和處理部分［2］。STM32F103處理器是32位的ARM微控制器，采用Cortex -M3內(nèi)核，工作頻率為72 MHz。外設(shè)接口豐富，包括2 個12 bit的D/A轉(zhuǎn)換器、3個12 bit的A/D轉(zhuǎn)換器、3個通用16 bit定時器和一個WM定時器［3］。內(nèi)部集成64 KB 的SRAM、128 KB的閃存。該內(nèi)核設(shè)計滿足集高性能、低功耗、實時應(yīng)用、具有競爭性價格于一體的嵌入式領(lǐng)域的要求。STM32處理器的主要接口電路如圖3所示。

2.2 恒流源模塊

將恒流源通入覆銅板，覆銅板不同點電阻不同，使筆觸的電壓不同，通過電壓確定觸點位置。恒流源模塊電路如圖4所示，主要由穩(wěn)壓芯片LM317及其外圍器件組成。LM317芯片的IN腳接輸入電壓正極，OUT腳接一個電阻后接恒流輸出，ADJ腳直接接到恒流輸出，就是OUT腳的電阻的另一端，負載正接在這里。因為LM317里面有1.25 V的基準(zhǔn)電壓，這個電壓加在電阻的兩端（OUT腳與ADJ腳）保持不變，電阻值保持不變，所以流過電阻的電流就是恒定不變的。

圖3 STM32F103接口電路

圖4 恒流源電路

2.3 放大輸入檢測模塊

本系統(tǒng)對模擬信號的處理提出了較高的精度要求［4］，因此將兩路檢測信號輸入由精密運放OP07構(gòu)成的差分放大電路后，再經(jīng)過由LM358構(gòu)成的兩級反向放大電路，輸入STM32單片機進行檢測。電路如圖5所示。

圖5 放大電路

2.4 顯示模塊

系統(tǒng)采用的顯示器是2.8英寸的TFTLCD模塊。TFT即薄膜場效應(yīng)晶體管。所謂薄膜晶體管，是指液晶顯示器上的每一液晶像素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動。薄膜晶體管能夠高速度、高亮度、高對比度地顯示屏幕信息。該模塊支持65K色（65 536種顏色）顯示，顯示分辨率為320×240，接口為16 bit的80并口。其中幾個編程常用的主要管腳分別是TFTLCD片選（CS）、寫入數(shù)據(jù)（WR）、讀取數(shù)據(jù)（RD）、命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（RS）。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

整個軟件系統(tǒng)全部采用C語言進行設(shè)計［5］。系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要任務(wù)是采集A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓信號，根據(jù)電壓與位置的關(guān)系式計算出表筆在覆銅板上相應(yīng)位置的坐標(biāo)并進行顯示，在液晶屏上繪出表筆的運動軌跡，并不斷掃描按鍵，如果按鍵按下即執(zhí)行清屏操作，從而實現(xiàn)手寫繪圖板功能。因此，程序部分主要分為液晶顯示部分、A/D采集計算部分、鍵盤掃描部分及延時函數(shù)。程序流程圖如圖6所示。

圖6 程序流程圖

4 結(jié)束語

基于單片機的LCD系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、成本低等優(yōu)點［6］。該手寫繪圖板系統(tǒng)反應(yīng)速度快、使用方便，引入校準(zhǔn)機制大大增強了測量的準(zhǔn)確性和產(chǎn)品的人性化，能滿足一般的日常需求。本系統(tǒng)在運行的過程中有很好的精確度和穩(wěn)定性。

［1］劉帥，張浩然.基于STM32的便攜式多功能數(shù)字示波器設(shè)計［J］.微型機與應(yīng)用，2015，34（15）：37-39，43.

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［3］陳志旺.STM 32嵌入式微控制器快速上手［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

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［5］譚浩強.C語言程序設(shè)計（第4版）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［6］楊偉，肖義平.基于STM 32F1-03C8T6單片機的LCD顯示系統(tǒng)設(shè)計［J］.微型機與應(yīng)用，2014，33（20）：29-31，34.

Design of handwritten drawing board based on STM32

Lei Jinqiao1，Chen De1un1，Ouyang Cishan1，Shen Xiao1i2
（1.Co11ege of Metro1ogy and Measurement Engineering，China Ji1iang University，Hangzhou 310018，China；2.Co11ege of Mechanica1and E1ectrica1Engineering，China Ji1iang University，Hangzhou 310018，China）

The ProPosed system takes the STM 32 Processor as its contro1core，and main1y inc1udes constant current source circuit，inPut circuit，inPut detection amP1ifier circuit and 1iquid crysta1disP1ay circuit.The samP1ing data of the A/D converter circuit is given by the vo1tage amP1ifier which is changed by the coPPer c1ad 1aminate，according to the data Processed by the A/D converter，the coordinates of the contact Points are ca1cu1ated by scm，and disP1ayed in the 1iquid crysta1.The resu1ts show that the system can correct1y identify the graPhics and text of the handw riting inPut.

STM 32F103；amP1ifier circuit；constant current source；handwritten drawing board

TN741

A

10.19358 /j.issn.1674-7720.2016.09.029

雷金橋，陳德倫，歐陽次山，等.基于STM32手寫繪圖板的設(shè)計［J］.微型機與應(yīng)用，2016，35（9）：101-102.

2016-01-05）

雷金橋（1989-），男，本科生，主要研究方向：測控技術(shù)與儀器。

陳德倫（1995-），男，本科生，主要研究方向：測控技術(shù)與儀器。

歐陽次山（1995-），男，本科生，主要研究方向：測控技術(shù)與儀器。