本系統以stc公司的8位89c52rc微控制器為核心，將覆銅板上的電壓訊號轉換後傳給微控制器，並在lcd上顯示，設計並製作了乙個解析度為64×32的pcb座標定位系統。將錶筆在覆銅板的位置資訊，利用電壓的變化定義唯一的座標，採用tl084cn晶元將電壓訊號進行放大，使用adc0809晶元進行模數轉換,微控制器接受訊號並輸出相應的位置資訊，顯示在lcd上。可以實現較為準確的定位，進行改進後可以實現繪圖功能，精確度進一步提高，達到預期的設計目的。
本文主要從方案設計論證、理論計算、電路和軟體設計以及測試結果五個方面介紹手寫繪圖板的功能實現。利用大量的圖表清晰的展示了原理、流程，層次清晰，較好的達到預期的目的。
關鍵字：微控制器座標 lcd 電壓覆銅板
方案一：採用電阻屏的原理，電阻式觸控螢幕是一種壓力感測器，基本上是薄膜加上玻璃的結構，薄膜和玻璃相鄰的一面上均塗有ito（奈米銦錫金屬氧化物）塗層，ito具有很好的導電性和透明性。當觸控操作時，薄膜下層的ito會接觸到玻璃上層的ito，經由感應器傳出相應的電訊號，經過轉換電路送到處理器，通過運算轉化為螢幕上的x、y值，而完成點選的動作，並呈現在螢幕上。
考慮電容屏原理，在12×8cm的pcb板做到識別精度<=10mm，我們目標精度是在板上做到12×8個畫素點的精度，採用板上層12列，下層8行，組成12×8陣列，分別掃瞄行和列以確定座標點。然後通過顯示在tg12864型lcd上，做到高精度的顯示。
方案二：採用電容屏的原理，電容技術觸控螢幕ctp（capacity touch panel）是利用人體的電流感應進行工作的。電容屏是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各塗一層ito（奈米銦錫金屬氧化物），最外層是只有0.
0015mm厚的矽土玻璃保護層，夾層ito塗層作工作面，四個角引出四個電極，內層ito為屏層以保證工作環境。
當使用者觸控電容屏時，由於人體電場，使用者手指和工作面形成乙個耦合電容，因為工作面上接有高頻訊號，於是手指吸收走乙個很小的電流，這個電流分別從屏的四個角上的電極中流出，且理論上流經四個電極的電流與手指頭到四角的距離成比例，控制器通過對四個電流比例的精密計算，得出位置。可以達到99%的精確度，具備小於3ms的響應速度。通過電流大小與觸點到電極的距離成正比就可以確定觸點的座標。
確定座標後就可以通過液晶來進行顯示。
方案三：直接在覆銅板上加上較小的電壓，利用電壓表檢測電壓的變化，進而確定不同的位置，定義相應的座標。
方案選擇：覆銅板不允許進行提高電阻率的處理，所以不同於電容屏、電阻屏，只能選用方案三。
方案一：採用1602液晶模組程式簡單，成本較低，但是侷限於其無法對漢字進行顯示，及顯示的點陣畫素有限，並且題目要求功能較多，存在多個功能間的切換，圖形的繪製，為了滿足各功能間的切換及操作的簡單就需要文本性的說明，而1602就無法滿足這些要求。
方案二：採用tg12864液晶模組，tg12864是128×64行點陣的oled單色、字元、圖形顯示模組。模組內藏64×64的顯示資料ram，其中的每位資料都對應於oled屏上乙個點的亮、暗狀態;其介面電路和操作指令簡單，具有8位並行資料介面，讀寫時序適配6800系列時序強大的顯示功能，可以滿足題目的所有要求。
綜合考慮之後我們決定採用tg12864e-02b液晶模組做為顯示模組。
為實現本系統功能，系統分成採集模組、訊號處理模組、微控制器模組、顯示模組、電源模組五部分。各模組的功能分別為，採集模組負責訊號的獲取，將錶筆在覆銅板的位置訊號傳送給訊號處理模組；訊號處理模組負責訊號的放大，並將放大的訊號進行模數轉換，將轉化後的訊號傳輸給微控制器；微控制器模組將訊號處理後，傳輸給lcd 模組；顯示模組將微控制器模組傳來訊號顯示出來。各模組的作用順序如下：
圖2 系統流程圖
因為在普通pcb覆銅板一組對角連線相應的正負電極，故在普通pcb覆銅板上各點的電勢不同。通過原理分析，通過測量觸筆所接觸點的電壓能夠輕易地正確顯示觸點位於座標的位置。測量步驟如下：
（1）在覆銅板的對角加上vcc和gnd，（當然vcc的大小要取得合適，先取0.2v），以錶筆作為電壓表的正極，電壓表的負極與gnd相連，錶筆在覆銅板上接觸相當於測量部分覆銅板的電壓。
（2）先做試驗，錶筆在覆銅板上接觸相當於測量部分覆銅板的電壓，根據所測得的電壓畫出等勢線，找出電壓大小與距離測量點距離的關係，或者多測幾組資料進行擬合，將這種關係，擬合成函式關係。
（3）另外兩個端點進行同樣處理。為了保證精度和準確性，除了反覆測量取平均值之外，還可以改變端點的極性，反過來驗證，提高系統的可靠性能。
實測資料記錄如下：
表一：普通pcb覆銅板上各點電壓（mv）
上表中對應覆銅板的相應位置為:左下角對應最低電勢，右上對應最高電勢。以上電壓可以明顯區分各個區域。
將以上資料和座標對應起來，初步把1.7mv的位置定義為（0,0），5.6mv的位置定義為（12,8），按照此規則就把電壓值和座標一一對應起來了。
將毫伏級別的電壓訊號放大後才能被利用，為此採用tl084cn晶元進行放大。tl084cn內含4個運算放大器，此次只用到兩個，其中乙個實現小電壓的放大，另乙個負責電壓正負轉換。電路圖如下：
圖3 放大電路圖
經過以上放大過程，毫伏級別的電壓被放大1000倍，可以被識別利用。
ad轉換採用八位adc0809晶元，將放大電路處理後的訊號進行轉換，並將轉換後的訊號送給處理器處理。具體轉換過程：將1路模擬量持續輸入adc0809模擬量輸入端in01。
首先將oe，start，ale.a，b，c都置0，然後alk置1再清零．進行轉換通道位址的鎖存．即選擇轉換通道開啟。將start置1再清零，傳送一啟動脈衝，即啟動a／d轉換。
此時轉換結束訊號eoc變為低電平。檢視eoc是否為高電平。為高電平則表示md轉換完畢。
等待md轉換完畢後將輸出允許訊號輸入端(0e)置高電平，此時就可將轉換的一路資料輸入到微控制器某一儲存空間中。將oe置低電平，即停止adc0809。
圖4 ad轉換器內部框圖
利用lm2576可以實現12v電壓降至5v的目標，並且可以為運算放大器提供-12v的電壓。電路圖如下：
圖5 電源模組電路圖
選用的lcd型號為tg12864e-02b，各管腳介紹如下：
表二：tg12864e-02b的管腳功能介紹
圖6 微控制器與模數轉化器的連線圖
圖6 系統總流程圖
圖7 系統總模組圖
將搭好的電路進行測試，得到在各個電壓下的數碼訊號如下:
表三模擬與數字量對應關係
各模組均調通，將調好的模組連在一起，開啟電源，啟動進行系統初始化。按鍵進入描點模式，用錶筆在pcb板上書寫，可以看到接觸的點點亮，並在lcd12864液晶上顯示亮點的精確座標。按下按鍵，進行劃線的測試，將錶筆在pcb板上任意確定起點滑動在液晶上將顯示表筆劃過的軌跡，劃線測試成功。
按下按鍵進入畫圓功能，通過功能切換很好的實現了畫圓的功能。最後經過反覆的測試，基本功能都能很好的實現，系統正常工作。
本作品完成了題目的基本要求和發揮部分的部分要求，系統效能良好。通過對作品的各項進行優化，使系統的效能有了提高。
《訊號與系統》，alan v.oppenheim著，西安：西安交通大學出版社，2023年；
《模擬電子線路基礎》，吳運昌著，廣州：華南理工大學出版社，2023年；
《數字電子技術基礎》，閻石著，北京：高等教育出版社，2023年；
《資料結構與演算法》，張曉麗等著，北京：機械工業出版社，2023年；
《微控制器原理及應用》，李建忠著，西安：西安電子科技大學，2023年；
（1） stc89c52rc
（2） tl084cn
（3） adc0809
（4） tg12864
（5） lm2576
（1） 穩壓電源
（2） 數字示波器
（3） 數字萬用表
名稱：手寫繪圖板
日期：2013.9
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