3 软件设计
系统软件运行总体设计流程包括：系统初始化，执行回归函数让程序执行选择判断画图形式，画图模块包括坐标描述和跟随画图。执行判断后，进入坐标描述。当继电器开时描述X坐标，进一步确定触点位于y轴的左右位置，最后获取X坐标值在液晶屏上显示。同理，在继电器闭时判断位于x轴的上下位置并取得Y坐标值。最后执行回归函数回到画图标志位，保存当前触点位置，并根据X、Y坐标判断触点所属象限。
本设计使用的是AVRmega128芯片，使用的是ISP下载线，CPU使用的是AVRmega128，在线编程。
8
开始初始化端口及液晶屏液晶显示固定字符判断画图标志Flag=1Flag=0跟踪轨迹绘图模块显示位置判断X、Y轴标志Flag=1Flag=0继电器关继电器开采集Y轴值采集X轴值显示Y轴值判断触点位于Y轴的左、右标志取反显示X轴值标志取反根据X、Y值判断象限
4 系统测试与误差分析
4.1 测量方法与过程（室温条件下）
测量条件：以下测量均是在12V恒压下，恒流源电流3A的情况下进行的。 测试方法：逐点测量电压法，在事先画好坐标系的覆铜板上，通过改变测量探头的位置用六位半的多用表来测量该点和电流源负极之间的电压。并且同时将该测量信号送入信号调理模块进行放大处理，以便满足A/D采集的需要，A/D将采集信号送入单片机进行处理来实现坐标值、象限在LCD上的显示以及分辨率的
9
区分。该方法使用的测量仪器为：TH1961六位半多用表、、直流稳压电源、 BM9205万用表。
4.2 测量数据与结果分析
以下表格中的数据均是在直流稳压电源在12V，恒流源在3A的情况下进行的测量。
表1 第一象限逐点的电压测量
y/v 第七列 x/v 第一行 第二行 第三行 第四行 第五行 4.19,4.84 4.09,4.76 3.75,4.41 3.58,4.26 3.33,4.07 3.77,4.37 3.90,4.44 3.74,4.28 3.48,4.10 3.25,3.92 3.90,4.37 3.72,4.18 3.54,4.02 3.42,3.94 3.20,3.80 3.68,4.05 3.54,3.91 3.30,3.69 3.27,3.71 3.09,3.56 3.52,3.79 3.40,3.65 3.09,3.39 3.11,3.45 3.00,3.36 3.37,3.52 3.25, 3.40 2.97,3.16 2.98,3.23 2.92,3.17 3.52,3.29 3.20,3.25 2.86,2.94 2.93,3.05 2.78,2.94 第八列 第九列 第十列 第十一列 第十二列 第十三列 表2 第二象限逐点的电压测量
y/v 第一列 x/v 第一行 第二行 第三行 第四行 第五行 2.85,2.77 3.11,3.02 2.79,2.73 2.79,2.80 2.67,2.74 2.89,2.64 3.00,2.78 2.81,2.63 2.72,2.61 2.52,2.78 2.85,2.43 2.98,2.58 2.73,2.41 2.65,2.42 2.49,2.33 2.89,2.27 2.95,2.39 2.66,2.19 2.56,2.24 2.36,2.12 3.01,2.11 2.97,2.21 2.70,2.10 2.53,2.08 2.28,1.96 3.25,2.02 3.03,2.06 2.69,1.96 2.50,1.97 2.20,1.83 第二列 第三列 第四列 第五列 第六列
表3 第三象限逐点的电压测量
y/vx/v 第七列 第八列 第九列 第十列 第十一列 第十二列 第十三列 第六行 第七行 第八行 第九行 3.14,3.94 3.08,4.02 2.88,3.95 2.72,4.00 3.14,3.87 3.04,3.89 2.90,3.84 2.80,3.83 3.12,3.73 3.05,3.79 2.89,3.66 2.81,3.64 3.10,3.76 2.97,3.57 2.91,3.55 2,80,3.46 2.98,3.50 2.86,3.33 2.80,3.35 2.77,3.29 2.85,3.24 2.80,3.15 2.76,3.13 2.62,3.02 2.70,2.96 2.65,2.90 2.64,2.96 3.57,2.86 表4第四象限逐点的电压测量
10
y/v x/v 第一行 第二行 第三行 第四行 第七列 2.70,2.96 2.65,2.90 2.64,2.96 3.57,2.86 第八列 第九列 第十列 2.38,2.33 2.31,2.28 2.16,2.17 2.06,2.11 第十一列 2.32,2.16 2.13,2.04 1.92,1.88 1.85,1.83 第十二列 2.20,1.96 1.93,1.79 1.68,1.59 1.52,1.48 第十三列 2.13,1.85 1.80,1.62 1.42,1.32 1.07,1.00 2.64,2.79 2.54,2.58 2.53,2.68 2.43,2.49 2.49,2.66 2.34,2.44 2.39,2.59 2.26,2.37 通过以上表格中的数据在各个象限的电压值范围为依据上面的电压数据在单片机中用程序判断采集电压的大小来区分表笔所在的象限。其他象限的也是类似的不再详述。并且依据以上的数据进行查表处理来得出具体的坐标值。
第一象限 2.40 4.3 误差分析 (1)测量误差分析 在测量过程中，由于覆铜板表面电阻率特别小，容易受探针和覆铜面接触过程中施力大小和接触面积大小的影响，测量仪表精度低，导致采集时产生误差。 (2)放大器误差分析 信号调理主要用的是差分放大电路，虽然采用高精度的是仪表放大器，但由于外围电路和工作温度等的影响，放大电路会产生一定的误差。 (3)AD转换程序处理误差 数据采集系统的误差是信号通道上的每个元器件所贡献的误差项的总和，虽然AD转换器说明书上标注的精度已经足够高，但是我们并不能保证我们所用AD转换器的精度达到要求。 单位/v 5 结论 本设计以ATMEGA128主控芯片控制整个设计系统，使用四探针法，通过探针和覆铜板的接触采点，得到一系列的电压值，将采集到的微小信号通过放大电路进行放大，再将模拟信号转换成数字信号，然后利用主控芯片写入控制程序在LCD上显示准确的坐标位置。进而实现手写绘图功能。在整个设计过程中，将整 11 个系统模块化，分工协作，存在问题重点突破，尽量完善模块的性能指标，有效的调高工作效率。在数据采集过程中，尝试了多种方案，旨在准确采集信号，调高LCD的分辨率。硬件电路的设计力求线路简单，性能参数可以有效的达到指标要求。 在此次设计过程中，制作过程并不顺利，碰到许多的未曾遇到过的问题，通过调整状态，不断的摸索以及团队协作，遇到的状况都有所突破。如此通过此次设计在短时间内极大的挑战了自我，领悟了团队精神重要性，提高了自己的专业技能，以及解决问题的能力。 参考文献： [1]李建忠.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学，2002； [2]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：高等教育出版社，2009； [3]王松武.电子创新设计与实践[M].北京：国防工业出版社，2010； [4]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007； [5]康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.1； 附录： 附1：元器件明细表： 序号 1 2 3 器件名称 恒流源模块 稳压模块 ATMEGA128最小系统板 4 5 普通覆铜板 继电器 3 数量 1 1 1 备注 12 6 7 9 电池组 功率电阻 电容 1 若干 470UF、104、102 474、105 10 11 12 13 接线柱 开关 AD620 7HS3091 若干 若干 1 1 13