STM32的手写绘图板的设计与实现
STM32的手写绘图板的设计与实现电气与自动化工程[20200121204410]
摘要
随着社会的迅速发展与科技的日新月异，特别对于更加完善的人机交互系统的追求，催生了输入设备的迅速发展，以手绘板为代表的输入设备又是其中最典型的产物。
本项目以STM32为系统的控制器，设计与实现了手写绘图板的功能，包括分辨率可以达到一定精度的接触坐标定位以及绘图的功能。本设计以通电覆铜板为检测信号源，将覆铜板串接在电路中，检测覆铜板上的电位，经过信号调理，AD采集，拟合出电位与坐标的函数关系，再由控制器利用关系进行计算，并将对应坐标点显示在TFT屏幕上，从而实现定位、绘图的功能。
本系统运行稳定，通过测试，测量可以达到一定准确度，绘图效果较好。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:STM32手写绘图板坐标测量AD采集曲线拟合
目录
1.绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 课题研究的主要内容及目标 2
1.3 论文的章节安排 3
2.系统硬件设计 4
2.1 系统总体硬件设计 4
2.2 STM32最小系统设计 4
2.2.1 时钟电路 4
2.2.2 复位电路 5
2.3 位置检测电路的设计 6
2.3.1覆铜板接线方法 6
2.3.2位置检测电路的设计 6
2.4 小信号放大电路设计 7
2.5 恒流源电路设计 8
2.6 稳压源电路设计 9
2.6.1电源方案的选型 9
2.6.2 最小系统与TFT电源 10
2.6.3仪用放大电路电源 11
2.6.4恒流源电源 13
2.7 TFT液晶显示设计 13
2.7.1 ILI9320驱动介绍 13
2.7.2接口电路设计 13
3.系统软件设计 15
3.1 系统软件总体功能 15
3.2检测与绘图界面功能的实现 15
3.2.1表笔信号的检测 16
3.2.2信号源位置判断 16
3.2.3线性区坐标计算方法 17
3.2.4非线性区坐标计算方法 18
3.3系统校正界面功能的实现 24
3.4软件滤波算法 25
4.系统调试 27
4.1测试方案 27
4.2测试仪器与设备 27
4.3 测试结果及分析 27
4.3.1测试结果(数据) 27
4.3.2测试分析与结论 29
5.总结与展望 31
5.1总结 31
5.2展望 31
参考文献 32
附录 33
附录一 系统实物图 33
附录二 系统原理图 34
附录三 手写绘图板部分程序源代码 35
致谢 37
1.绪论
1.1 课题研究的背景及意义
随着社会的迅速发展与科技的日新月异，特别是单片机技术的发展开发应用，基于单片机应用技术而研发出的产品，极大的方便了人们的日常生活与生产活动。
特别对于更加完善的人机交互系统的追求，催生了输入设备的迅速发展，以手绘输入设备为代表的输入设备又是其中具有代表性的产物。
常见的输入设备——触控屏，又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，点击屏上的按钮，触觉反馈系统可根据预先设定的程序驱动各种屏幕上的耦合装置，可用来代替固化的按键板，并借由屏幕产生较好效果的影音特效。
今天的电子产品采用了以下五种类型的触摸屏技术：表面电阻，电容，投射电容式，表面声波和红外型。其中前三种适合用于移动设备和消费电子产品, 后两种技术做出的触摸屏不是太昂贵就是体积太大, 因此不适合上述应用。采用以上任何一种触摸屏技术的系统都由感应装置、互连装置和控制电路构成。
与手指操作的触摸屏不同，专业的CG制作团队使用的绘画设备是手绘板。一般来说，绘图板包括了两个部分：接触检测装置和压感笔。接触检测装置安装在一块板上，用于检测压感笔接触位置，接收后传送到绘图板控制器；绘图板控制器的主要作用，是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将其转换成触点坐标，再送给CPU，同时能接收CPU 发来的命令并加以执行。
数位板和手写板这类特殊产品，都服务于特定的使用者。所不同于手写板的是，数位板主要针对设计人士。用作CG动画创作，数位板的这项绘画功能，是键盘和手写板无法媲美的。数位板主要面向美术设计、广告设计以及Flash矢量动画制作者。
从技术角度出发，按时间顺序，其发展可分为电阻压力板，电容板与目前普遍的电磁压力压感板。电磁板是目前最为成熟的技术，从其销量上可以看出，基本上已经被市场所认可了。
最早的电阻板的原理是利用构成手写板表层的两层电阻薄膜，其中上层的电阻薄膜是可以稍微变形的，下层是固定的电阻薄膜。笔点压上层电阻膜使其发生形变，然后与下层膜连接，就可以判断出位置。
电容板的原理与电阻式压力板基本一样，主要是由手写笔向基板施加压力时，电容值的改变来定位按压位置。
电磁板采用了成熟普遍的技术，板的表面有一块电路板，当电路通电后便会在板上方产生范围性的磁场，并且，与压感笔笔尖的磁场发生互感来定位，当笔尖接触到板的表面就会通过软件识别出接触点位置，以达到手写输入的效果。
随着感知压力技术，悬浮感应技术，双屏技术，多点绘图技术等新技术的发展应用，绘图输入设备必将拥有更加广阔的未来与发展前景。
1.2 课题研究的主要内容及目标
课题主要研究手写绘图板系统的设计与实现，以STM32为系统的控制器，实现手写绘图板系统的功能，包括分辨率可以达到一定精度的接触定位以及绘图的功能。本课题以普通的PCB覆铜板为检测对象，将覆铜板作为电阻串连在电路中，用继电器控制恒定电流分别横向和纵向流过覆铜板，通过万用表笔对覆铜板上横向和纵向的压降进行测量，并将液晶屏上相对应的点显示出来，从而实现对覆铜板的定位功能。进一步，在记录坐标的基础上完成绘图的功能，即在绘图的工作模式下，表笔在覆铜板上进行绘图，液晶屏上相应的位置实时的显示绘制的图案从而完成系统的绘图板的功能。
主要研究的内容有:
1.为抑制共模噪声而实现的仪用放大电路的设计；
2.稳压电源模块的设计；
3.覆铜板信号采集与继电器逻辑控制的实现；
4.液晶显示坐标点功能的实现；
5.整合各个模块，进行最终调试。
主要目标：
1.实现覆铜板定点坐标测量与液晶对应点显示；
2.实现覆铜板与液晶组合的绘图板功能；
3.具有一定的测量精度；
本设计在测量思路上采用的坐标点测量方法为分压法，分压即电阻串联分压。在硬件方面给出了微小电阻测量的方法，微小信号放大的方法，在软件上为进一步提高系统的精度，减小误差，在测量坐标之前增添了系统初始化矫正的程序。这些工作步骤的目的都是为了减小误差，测量的精度最终还是受到温度，硬件电路，测量方法，控制程序等诸多因素的影响制约，在以后的学习发展中，这些因素都要进行通盘的考察与权衡，随着技术的不断成熟完善，触控绘图设备的性能也会得到优化。
1.3 论文的章节安排
第一章：绪论，介绍了绘图板的种类，设计原理，发展现状与前景，然后阐述课题的研究目标及主要内容。
摘要
随着社会的迅速发展与科技的日新月异，特别对于更加完善的人机交互系统的追求，催生了输入设备的迅速发展，以手绘板为代表的输入设备又是其中最典型的产物。
本项目以STM32为系统的控制器，设计与实现了手写绘图板的功能，包括分辨率可以达到一定精度的接触坐标定位以及绘图的功能。本设计以通电覆铜板为检测信号源，将覆铜板串接在电路中，检测覆铜板上的电位，经过信号调理，AD采集，拟合出电位与坐标的函数关系，再由控制器利用关系进行计算，并将对应坐标点显示在TFT屏幕上，从而实现定位、绘图的功能。
本系统运行稳定，通过测试，测量可以达到一定准确度，绘图效果较好。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:STM32手写绘图板坐标测量AD采集曲线拟合
目录
1.绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 课题研究的主要内容及目标 2
1.3 论文的章节安排 3
2.系统硬件设计 4
2.1 系统总体硬件设计 4
2.2 STM32最小系统设计 4
2.2.1 时钟电路 4
2.2.2 复位电路 5
2.3 位置检测电路的设计 6
2.3.1覆铜板接线方法 6
2.3.2位置检测电路的设计 6
2.4 小信号放大电路设计 7
2.5 恒流源电路设计 8
2.6 稳压源电路设计 9
2.6.1电源方案的选型 9
2.6.2 最小系统与TFT电源 10
2.6.3仪用放大电路电源 11
2.6.4恒流源电源 13
2.7 TFT液晶显示设计 13
2.7.1 ILI9320驱动介绍 13
2.7.2接口电路设计 13
3.系统软件设计 15
3.1 系统软件总体功能 15
3.2检测与绘图界面功能的实现 15
3.2.1表笔信号的检测 16
3.2.2信号源位置判断 16
3.2.3线性区坐标计算方法 17
3.2.4非线性区坐标计算方法 18
3.3系统校正界面功能的实现 24
3.4软件滤波算法 25
4.系统调试 27
4.1测试方案 27
4.2测试仪器与设备 27
4.3 测试结果及分析 27
4.3.1测试结果(数据) 27
4.3.2测试分析与结论 29
5.总结与展望 31
5.1总结 31
5.2展望 31
参考文献 32
附录 33
附录一 系统实物图 33
附录二 系统原理图 34
附录三 手写绘图板部分程序源代码 35
致谢 37
1.绪论
1.1 课题研究的背景及意义
随着社会的迅速发展与科技的日新月异，特别是单片机技术的发展开发应用，基于单片机应用技术而研发出的产品，极大的方便了人们的日常生活与生产活动。
特别对于更加完善的人机交互系统的追求，催生了输入设备的迅速发展，以手绘输入设备为代表的输入设备又是其中具有代表性的产物。
常见的输入设备——触控屏，又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，点击屏上的按钮，触觉反馈系统可根据预先设定的程序驱动各种屏幕上的耦合装置，可用来代替固化的按键板，并借由屏幕产生较好效果的影音特效。
今天的电子产品采用了以下五种类型的触摸屏技术：表面电阻，电容，投射电容式，表面声波和红外型。其中前三种适合用于移动设备和消费电子产品, 后两种技术做出的触摸屏不是太昂贵就是体积太大, 因此不适合上述应用。采用以上任何一种触摸屏技术的系统都由感应装置、互连装置和控制电路构成。
与手指操作的触摸屏不同，专业的CG制作团队使用的绘画设备是手绘板。一般来说，绘图板包括了两个部分：接触检测装置和压感笔。接触检测装置安装在一块板上，用于检测压感笔接触位置，接收后传送到绘图板控制器；绘图板控制器的主要作用，是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将其转换成触点坐标，再送给CPU，同时能接收CPU 发来的命令并加以执行。
数位板和手写板这类特殊产品，都服务于特定的使用者。所不同于手写板的是，数位板主要针对设计人士。用作CG动画创作，数位板的这项绘画功能，是键盘和手写板无法媲美的。数位板主要面向美术设计、广告设计以及Flash矢量动画
从技术角度出发，按时间顺序，其发展可分为电阻压力板，电容板与目前普遍的电磁压力压感板。电磁板是目前最为成熟的技术，从其销量上可以看出，基本上已经被市场所认可了。
最早的电阻板的原理是利用构成手写板表层的两层电阻薄膜，其中上层的电阻薄膜是可以稍微变形的，下层是固定的电阻薄膜。笔点压上层电阻膜使其发生形变，然后与下层膜连接，就可以判断出位置。
电容板的原理与电阻式压力板基本一样，主要是由手写笔向基板施加压力时，电容值的改变来定位按压位置。
电磁板采用了成熟普遍的技术，板的表面有一块电路板，当电路通电后便会在板上方产生范围性的磁场，并且，与压感笔笔尖的磁场发生互感来定位，当笔尖接触到板的表面就会通过软件识别出接触点位置，以达到手写输入的效果。
随着感知压力技术，悬浮感应技术，双屏技术，多点绘图技术等新技术的发展应用，绘图输入设备必将拥有更加广阔的未来与发展前景。
1.2 课题研究的主要内容及目标
课题主要研究手写绘图板系统的设计与实现，以STM32为系统的控制器，实现手写绘图板系统的功能，包括分辨率可以达到一定精度的接触定位以及绘图的功能。本课题以普通的PCB覆铜板为检测对象，将覆铜板作为电阻串连在电路中，用继电器控制恒定电流分别横向和纵向流过覆铜板，通过万用表笔对覆铜板上横向和纵向的压降进行测量，并将液晶屏上相对应的点显示出来，从而实现对覆铜板的定位功能。进一步，在记录坐标的基础上完成绘图的功能，即在绘图的工作模式下，表笔在覆铜板上进行绘图，液晶屏上相应的位置实时的显示绘制的图案从而完成系统的绘图板的功能。
主要研究的内容有:
1.为抑制共模噪声而实现的仪用放大电路的设计；
2.稳压电源模块的设计；
3.覆铜板信号采集与继电器逻辑控制的实现；
4.液晶显示坐标点功能的实现；
5.整合各个模块，进行最终调试。
主要目标：
1.实现覆铜板定点坐标测量与液晶对应点显示；
2.实现覆铜板与液晶组合的绘图板功能；
3.具有一定的测量精度；
本设计在测量思路上采用的坐标点测量方法为分压法，分压即电阻串联分压。在硬件方面给出了微小电阻测量的方法，微小信号放大的方法，在软件上为进一步提高系统的精度，减小误差，在测量坐标之前增添了系统初始化矫正的程序。这些工作步骤的目的都是为了减小误差，测量的精度最终还是受到温度，硬件电路，测量方法，控制程序等诸多因素的影响制约，在以后的学习发展中，这些因素都要进行通盘的考察与权衡，随着技术的不断成熟完善，触控绘图设备的性能也会得到优化。
1.3 论文的章节安排
第一章：绪论，介绍了绘图板的种类，设计原理，发展现状与前景，然后阐述课题的研究目标及主要内容。
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