基于STN 32手寫繪圖板的設(shè)計(jì)

雷金橋，陳德倫，歐陽(yáng)次山，沈小麗（.中國(guó)計(jì)量學(xué)院計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院，浙江杭州3008；.中國(guó)計(jì)量學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江杭州3008）

基于STN 32手寫繪圖板的設(shè)計(jì)

雷金橋1，陳德倫1，歐陽(yáng)次山1，沈小麗2
（1.中國(guó)計(jì)量學(xué)院計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院，浙江杭州310018；2.中國(guó)計(jì)量學(xué)院機(jī)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(cè)模塊、顯示模塊等。通過(guò)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(duì)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(shí)別手寫輸入的圖形和文字。

STM32F103；微信號(hào)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(lái)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(jià)格較昂貴，操作復(fù)雜，顯示不方便，而且在很多場(chǎng)合對(duì)手寫識(shí)別精度要求不高。因此操作簡(jiǎn)單、價(jià)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(shí)性高，人機(jī)界面友好［1］。該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、測(cè)量快速、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

1 手寫繪圖板描點(diǎn)原理

覆銅板的一條對(duì)角線端點(diǎn)A和D接正，另一條對(duì)角線C和B接負(fù)，檢測(cè)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(kāi)關(guān)切換成A和D接負(fù)，B和C接正，檢測(cè)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(jiǎn)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(jì)

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(cè)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(gè)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(gè)12 bit的D/A轉(zhuǎn)換器、3個(gè)12 bit的A/D轉(zhuǎn)換器、3個(gè)通用16 bit定時(shí)器和一個(gè)WM定時(shí)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(shí)應(yīng)用、具有競(jìng)爭(zhēng)性價(jià)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(guò)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(gè)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(zhǎng)M317里面有1.25 V的基準(zhǔn)電壓，這個(gè)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(guò)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(cè)模塊

本系統(tǒng)對(duì)模擬信號(hào)的處理提出了較高的精度要求［4］，因此將兩路檢測(cè)信號(hào)輸入由精密運(yùn)放OP07構(gòu)成的差分放大電路后，再經(jīng)過(guò)由LM358構(gòu)成的兩級(jí)反向放大電路，輸入STM32單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。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(chǎng)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(lái)驅(qū)動(dòng)。薄膜晶體管能夠高速度、高亮度、高對(duì)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(gè)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(gè)軟件系統(tǒng)全部采用C語(yǔ)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(hào)，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(dòng)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(shí)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(yǔ)

基于單片機(jī)的LCD系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)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(guò)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(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（15）：37-39，43.

［2］李朝清.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.

［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.

［4］華成英，童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［5］譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（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(jī)的LCD顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)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(yáng)次山，等.基于STM32手寫繪圖板的設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)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(cè)控技術(shù)與儀器。

陳德倫（1995-），男，本科生，主要研究方向：測(cè)控技術(shù)與儀器。

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