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1、2013全国大学生电子设计竞赛模拟题PCB坐标定位系统PCB板坐标定位系统任务：在一个10cm（长）6cm（宽）的PCB覆铜板上，制作一个PCB坐标定位系统，要求如下：基本要求：1、当用信号笔点击PCB板平面上的任何位置，可以在LCD上的相应位置显示坐标点；2、当用信号笔在PCB板平面上绘制简单图形时，能够在LCD上显示所绘制的图形；3、要求坐标识别精度=2mm，并尽可能的提高系统分辨率。提高要求：1、提高绘制速度，实现即绘制即显示，减小延迟；2、能够实现图形存储，回放功能。摘要本系统以飞思卡尔半导体公司的16位MC9S12XS128单片机为核心，采用数字式CMOS图像传感器OV7620进行数
2、据采集,设计并制作了一个分辨率为6432的PCB坐标定位系统。该定位系统可以快速实现坐标显示，图形绘制，图形存储及回放。将106cm的PCB板相对应的像素点显示在龙丘生产的Oled12864迷你型液晶上，并且具有高分辨率。并且通过按键可以实现不同功能之间的切换。通过单片机的控制实现各种显示存储功能.关键词：MC9S12XS128 OV7620 PCB Oled12864目录第一章系统方案比较与选择51.1总实现方案51.2主控制器方案比较与选择61.3液晶模块的选取7第二章理论分析与计算82.1画线算法设计82.2画圆算法设计82.3描点.划线.简单图形算法设计9第三章 系统电路设计103.1
3、 系统主板工作原理10第四章 系统程序设计114.1 系统总流程图114.2 系统总体模块图11第五章 系统测试与结果125.1 描点，坐标确定，划线，画圆，图形存储与回放的测试和结果125.2表笔的测试结果12第六章 结论13参考文献14附1：系统主板原理图15附2：完整的测试结果16附3：部分核心源代码17第一章 系统方案比较与选择1.1总实现方案方案一：采用电阻屏的原理，电阻式触摸屏是一种压力传感器，基本上是薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO（纳米铟锡金属氧化物）涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传
4、出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。考虑电容屏原理，在106cm的PCB板做到识别精度=2mm，我们目标精度是在板上做到6432个像素点的精度，采用板上层64列，下层32行，组成6432阵列！分别扫描行和列以确定坐标点。然后通过显示在Oled12864型液晶上，做到高精度的显示。方案二：采用电容屏的原理，电容技术触摸屏CTP（Capacity Touch Panel）是利用人体的电流感应进行工作的。电容屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂一层ITO（纳米铟锡金属氧化物），最外层是只有0.0015mm厚的矽土玻璃保
5、护层，夹层ITO涂层作工作面，四个角引出四个电极，内层ITO为屏层以保证工作环境。当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指吸收走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，得出位置。可以达到99%的精确度，具备小于3ms的响应速度。通过电流大小与触点到电极的距离成正比就可以确定触点的坐标。确定坐标后就可以通过液晶来进行显示。方案三：采用OV7620是CMOS彩色/黑白图像传感器。它支持连续和隔行两种扫描方式，VGA与QVGA两种图像
6、格式；最高像素为664492，帧速率为30fp8；能够满足一般图像采集系统的要求。利用OV7620摄像头采集图像数据并对其进行二值化，分离出图像信号将106cm的PCB板二值化为白，在其周围贴上黑色胶带并通过程序处理二值化为黑。然后用黑色的表笔靠近PCB板时形成黑白信号，即可设为高低电平。然后通过行列扫描就可以确定PCB板上的坐标X Y并通过液晶对其进行显示。通过对三个方案的对比选择，方案一由于要做到6432个那就要最少考虑到2048个点就要2048个电阻器件，将如此数量器件焊接在106cm的PCB板上将是极大焊接工程，考虑到时间的限制，及人工焊接的不稳定性，放弃此方案。在方案二中测量及数据采
7、集要求极高，在比赛中条件限制。因此最后我们采用了方案三。1.2主控制器方案比较与选择为了完成在短时间快速扫描全屏和存储图形，主控器件必须有较高的CPU工作频率和存储空间。方案一：采用51系列加强型STC12C5A60S2作为主控器件，用来实现题目所要求的各种功能。此方案最大的特点是系统规模可以做得很小，成本较低。操作控制简单。但是，我们在利用单片机处理高速信号快速扫描及存储图形时显得吃力，且题目中要求要求坐标识别精度Y2-Y1，则通过X1+1，X1+2X1+n 来确定对应Y的坐标,直到X1+n=Y为止，同理若X2-X1Y2-Y1，则通过X1+1，X1+2X1+n 来确定对应Y的坐标,直到X1+
8、n=Y为止，同理若X2-X1Y2-Y1，则通过Y1+1,Y1+2Y1+n来确定对应X的坐标！如果我们将对应的坐标直接显示时会忽略一个问题，那就是对应坐标的点是否超过了点阵屏幕的范围，因此在显示时我们要进行判断，若超出了范围那么对应的点也就不显示。这样我们就得到了起点到终点的所有有效坐标，再将对应的坐标全部显示出来就实现了两点画圆功能。2.3描点.划线.简单图形算法设计通过信号的采集，二值化，确定表笔笔尖为接触点并并通过扫描确定其在PCB板上X Y的坐标位置。通过对点的保持，笔尖滑动就可以确定其他点从而由点连成线。同理，其他图形的算法原理一样。第三章 系统电路设计3.1 系统主板工作原理系统主板
9、主要由5V电源模块，3.3V电源模块，按键部分，液晶显示模块，蜂鸣器模块，以及以飞思卡尔半导体公司16位MC9S12XS128单片机为核心控制模块。5V电源模块：此设计采用7.2V电池供电，通过稳压芯片LM2940一脚输入三脚输出将7.2V输入转变为5V输出，来给单片机供电。3.3V电源模块：3.3V电源输出是由AM1117稳压芯片三脚输入5V二脚输出来进行转换按键模块：本系统板中设计了四个按键，通过按键来对不同功能来进行切换演示。液晶模块：液晶模块采用龙丘生产的Oled12864液晶来显示，Oled12864液晶具有功能强大，连接简单等优势。蜂鸣器模块：蜂鸣器模块主要是用来作为指示作用，当表
10、笔接触到PCB板时蜂鸣器发出接触警报，图3-1 系统主板工作原理图第四章 系统程序设计4.1 系统总流程图4.2 系统总体模块图MC9S12XS128单片机驱动OLED12864表笔检 测按键LCD显示电源电 路第五章 系统测试与结果5.1 描点，坐标确定，划线，画圆，图形存储与回放的测试和结果 各模块均调通，将调好的模块连在一起，打开电源，启动进行系统初始化。按键进入描点模式，用表笔在PCB板上书写，可以看到接触的点点亮，并在OLED12864液晶上显示亮点的精确坐标。按下按键，进行划线的测试，将表笔在PCB板上任意确定起点滑动在液晶上将显示表笔划过的轨迹，划线测试成功。按下按键进入画圆功能
11、，通过功能切换很好的实现了画圆的高阶功能！按键切换进入图形绘制与存储的功能，在PCB上画任意图形，在液晶上显示相应图形断电后再次进入之前图形被保持。因此实现了功能的存储与回放。最后经过反复的测试，所有的功能都能很好的实现，系统正常工作。5.2表笔的测试结果 因为是采用分离摄像头的黑白信号来进行坐标的确定，因此我们选择了黑色表笔，并从黑色表笔笔尖引出导线，链接到128单片机的PB2口，上拉接高电平，并且将PCB铜板接地，如此当表笔接触到铜板时给单片机发送信号，确认进行扫描。这样就将黑色表笔刚靠近PCB板时的干扰完美去除。第六章 结论本作品完成了题目的基本要求和发挥部分的全部要求，系统性能良好。通过对作品的各项进行优化，使系统的性能有了提高。飞思卡尔半导体公司的16位MC9S12XS128单片机拥有强大的数据处理能力和理想的运行速度，并且使电路简单。同时也提高了系统的集成度和可靠性。参考文献电子设计制作基础，王港元，江西科学技术出版社，2011年；模拟技术基础，康华光，高等教育出版社，1998年；数字电子技术基础，阎石著，高等教育出版社，1997年；高频电子线路，张肃文，高等教育出版社，2009；嵌入式系统设计实践，王宜怀，曹金华，北京航空航天大学出版社；2011年；电子设计与制版，赵景波，徐江伟，人民邮电出版
