雷金橋1，陳德倫1,歐陽次山1,沈小麗2
（1.中國計(jì)量學(xué)院 計(jì)量測試工程學(xué)院，浙江 杭州310018；2.中國計(jì)量學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，浙江 杭州310018）
摘要：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(jìn)行數(shù)據(jù)采集,單片機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出觸點(diǎn)的坐標(biāo)并在液晶顯示屏上進(jìn)行顯示。運(yùn)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。
關(guān)鍵詞： STM32F103;微信號放大；恒流源；手寫繪圖板
0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(jì)，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(shí)時性高,人機(jī)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(diǎn)。
1手寫繪圖板描點(diǎn)原理
圖1覆銅板示意圖覆銅板的一條對角線端點(diǎn)A和D接正，另一條對角線C和B接負(fù)，檢測表筆觸點(diǎn)電壓，記錄數(shù)據(jù)M。然后單片機(jī)控制MOS管開關(guān)切換成A和D接負(fù)，B和C接正，檢測表筆觸點(diǎn)電壓，記錄數(shù)據(jù)N。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出觸點(diǎn)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。
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。
2.1STM32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(jì)滿足集高性能、低功耗、實(shí)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(diǎn)電阻不同，使筆觸的電壓不同，通過電壓確定觸點(diǎn)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(fù)載正接在這里。因?yàn)長M317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。
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(yùn)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(jī)進(jìn)行檢測。電路如圖5所示。
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(diǎn)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(jì)
整個軟件系統(tǒng)全部采用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)［5］。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jì)算出表筆在覆銅板上相應(yīng)位置的坐標(biāo)并進(jìn)行顯示，在液晶屏上繪出表筆的運(yùn)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(shí)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(jì)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。
4結(jié)束語
基于單片機(jī)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(diǎn)［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(jī)制大大增強(qiáng)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(yùn)行的過程中有很好的精確度和穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)
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