2013年瑞萨杯全国电子设计竞赛
手写绘图板（G题）
【本科组】
二〇一三年 九 月 七 日
摘 要
本绘图板由覆铜板信号采集、信号调理、AD采集、LCD显示、控制系统五部分组成。信号采集时继电器控制恒流源给覆铜板交替供电，探针在普通PCB板进行电位采集，将采集到的信号通过差分放大进行信号调理到AD量程，通过A/D电路转换，在LCD屏上能根据接触点的不同来显示板上各点的坐标和四象限位置，实现了绘图功能，在A区内画出了题目要求的圆，采用继电器控制也大大减少了功耗损失。
关键词：信号调理 AD采集 差分放大 Atmega128 开发板
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目 录
1 方案论证与比较.............................................. 1
1.1 采样方案比较与选择 .................................... 1 1.2 信号调理方案的比较与选择 .............................. 2 1.3 A/D转换的比较与选择 .................................. 3 2 理论分析与参数计算 ......................................... 4
2.1 信号采集电路设计 ...................................... 4 2.2 信号调理电路的实现 .................................... 4 2.3 电路放大模块设计 ...................................... 4 2.4 低功耗设计 ............................................ 7 3 软件设计 .................................................... 8 4 系统测试与误差分析 ......................................... 9
4.1 测量方法与过程（室温条件下） .......................... 9 4.2 测量数据与结果分析 ................................... 10 4.3 误差分析 ............................................. 11 5 结论 ....................................................... 11 参考文献： ................................................... 12 附录： ....................................................... 12
附1：元器件明细表： ..................................... 12
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1 方案论证与比较
1.1 采样方案比较与选择
方案一：采用四探针法用恒压源供电测量,，原理图如图1。在测量时，1、2、3、4号接入防短路电阻并由12V恒压源供电，因为覆铜板表面铜皮电阻率较小，用恒压源供电时，探针与覆铜表面之间的取样等效阻值的变化很容易引起覆铜表面的电流变化，取样时各点电压跳变不稳定，存在较多的相同电压点，不能在LCD屏上准确的显示坐标位置。所以该方案不可取。
图1.1 恒压源测量电路
方案二：采用四探针法用恒流源供电测量，电路图如图2。1、3号接恒流源，2、4号负极分别接电压表，将两个电压表正极并联在一起作为探针，在覆铜板上采集数据。用恒流源测量时，电流稳定，覆铜板接触时电压不会发生漂移。此方案相对方案一较为成熟，采集到各点的数据稳定。不足的是测量得到的最小电压太小，在输入放大电路时，可能会受到外界的干扰，从而将微小信号淹没。这样对放大电路的要求较高，实现起来难度较大，故不采用。
图1.2对角线恒流源测量电路
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方案三：电路图如图3所示。1、4号接恒流源正极，2、3号接恒流源负极 ，接通恒流源在覆铜板上产生电场，通过测量板上各点的电势来获取覆铜板上各点的坐标。优点是测量的各点较之前方案电压高，并且线性化。但该方法测量时Ⅰ和Ⅱ区域电场基本对称，有多个相同的电势点，达不到准确定位坐标的要求。
图1.3 直角恒流源测量电路
方案四：电路图如图4所示，通过继电器控制恒流源交替给Ⅰ和Ⅱ供电。此方案解决了方案三有多个相同电势点的缺点，采集时，在表笔接触覆铜板的瞬间，表笔先采集X轴，后采集Y轴，实现定位坐标的要求。相比之前方案的同时采集，这次采集到的电压较大，对后面的放大电路增益的要求降低，故采用此方案为最终方案。
图1.4 继电器控制恒流源交换供电
AVR控制341.2 信号调理方案的比较与选择
方案一：采用单入单出的方式，即第一级用普通放大器AD8065构建反相放大电路，第二级采用OPA820ID构建反相放大电路，反相放大同相端接地，减少其他杂波的干扰，提高电路的稳定性；此方案很难把纹波降到最低，而且零漂严重；
方案二：采用双入单出的接法，即第一级采用差分放大，第二级采用同相放大，因为差分输入能够有高的共模抑制比，第二级用于增益的补充，使得放大后
1恒流源继电器控制2
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