基于STC89C52 單片機控制的手寫繪圖板設計

樂麗琴，賀素霞，杜東洲

(黃河科技學院，河南鄭州，450063)

0 引言

21 世紀的到來，讓我們步入了高速化，知識化的信息時代。讓我們生活中的諸多領域發生了翻天覆地的變化，比比皆是的活動，工作都由計算機接管了下來。甚至連傳統的手工繪畫工藝也可以通過小巧的繪圖板來實現。繪圖板的普及將會為人們發揮繪畫，書法，多媒體，視頻等藝術才干提供了高科技的平臺，借助于繪圖板以及各個專業制作軟件的幫助，圖形圖像視頻等的處理技術必將在藝術領域發揮更好的作用。

1 方案論證與比較

方案一：橋式電路法。 利用電橋平衡時，電橋上無電流通過，無壓降。可將銅板串入任意一電組，采集橋上的電壓變化信號或電流變化信號。優點是結構簡單便于制作，缺點是電流過大造成功率過大。極有可能導致系統癱瘓。

方案三：等效電阻法。把銅板等效為四個微小電阻，與其同量級的康銅絲串聯接收電路。其輸出電壓與原電壓作差分放大輸出，然后經A/D 采集送入主控芯片中做數據處理。優點工藝簡潔，易實現，能達成設計要求。

綜合考慮控制電路功耗、成本以及可行性，選擇方案三。

2 核心硬件方案

2.1 電源模塊

采用成品的12V 蓄電源，且經過集成穩壓器件lm2596，該電源驅動能力強，能長時間持續提供穩定電壓。利于整個系統的穩定運行，確保測量結果的精準。

2.2 控制模塊

選擇STC89C52 單片機進行系統的控制，該單片機具有IAP 功能，運行穩定，支持在線下載，且內部集成了EEPROM，STC98C52 是我們比較熟悉的一種常用的單片機，指令系統和AT89C52 兼容，價格便宜，較容易購買。

2.3 顯示模塊

使用我們最常見的顯示器件LCD1602 顯示屏，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。它易于控制，便于操作，并且比較廉價，還能滿足題目的要求。

2.4 A/D 轉換模塊

使用8 位A/D 轉換器件PCF8591，它具有低功耗、速度快，分辨率高的特點，還能很好的采集出信號，自身具有的功能就能滿足本系統要求，另外價格比較適中，節約成本。

3 系統總體電路的設計

3.1 硬件電路總體框圖

硬件電路總體框圖如圖3.1 所示。

圖3.1 總體框圖

3.2 單元電路設計

（1）信號采集

如圖3.2 所示粉紅色的為標準的康銅絲，紅色代表是測試觸筆，黑色的長方形就是我們的繪圖板。信號從紅色表筆（觸筆）輸入，從四路粉紅色康銅絲輸出。由于輸入（觸筆）的位置不同會在四路康銅絲產生不同的電壓降，這四路壓降就是我們所求的四路采集信號。

圖3.2 信號采集模塊

（2）信號差分放大電路

為AD620 的內部構造模塊，是由三個雙極性運算放大器件OP07 組成的差分放大電路，放大倍數可達2000 倍以上。OP07是一種低噪聲，非斬波穩零的雙極性運算放大器。

把第一步采集出的四路壓降信號分別從AD620 放大電路兩輸入端輸入，然后四路壓降小信號經過AD620 差分放大后輸出。

（3）A/D 轉換器

本作品的A/D 轉換器，使用PCF8591 。第二部經放大后的電差小信號，通過PCF8591 把模擬信號轉換為數字信號。輸入單片機進行處理。

（4）單片機及外圍基本電路

單片機外圍電路有基本的石英晶振電路，復位電路，P0 口外接的上拉電阻。

（5）LCD 顯示模塊

LCD 顯示模塊使用我們最常見的LCD1602 顯示屏，它由若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。數字電壓信號經單片機分析處理后直接顯示到LCD 上來，清晰明了，簡潔大方。

4 程序設計

該系統采用51 單片機作為整個系統的控制核心，啟動過后系統會自動讀取信息，欲完成軟件設計主要體現在當表筆放在銅板上不同的位置時，主控芯片單片機能驅動液晶顯示屏顯示出相應的數據。

5 坐標點測量方法

首先在覆銅板上做出如題意的十字坐標，并自行繪制了橫縱坐標。當表筆接觸某一位置時，記下銅板上該點的坐標和單片機通過A/D 采集分析后經串口通信到電腦上的數值，讓單片機對銅板各坐標的串口數據進行學習，以便顯示在液晶屏上，雖然此方法比較繁瑣，笨拙。但是結果精準可靠，能達到我們所需的坐標顯示數值。

6 總結

本課題以STC89C52 單片機為核心元件，設計了一款手寫繪圖板。系統通過和銅板阻值同量級的精準阻性原件康銅絲與銅板四角連接在電路中產生所需小電壓信號，利用高精度儀表放大器件AD620（內含三個OP07）設計差分小信號放大模塊并進行微小信號放大，使用PCF8591 作A/D 采集芯片，以低功耗LCD12864 作業顯示控制器件顯示出表筆所在的位置坐標。此外本系統還附加有短路保護功能，按鍵控制功能，還可以對電路中的各電參數進行檢測和顯示。整體機構緊湊，硬件結構簡單，工作可靠穩定，成本低、效率高，較好達到了基本指標。

[1] 楊鵬飛等.AS3.0 繪圖板的設計與實現[J].軟件導刊，2012 第5 期.

[2] 郭天祥.51 單片機C 語言教程.北京：電子工業出版社，2011.

[3] 黃智偉.全國大學生電子設計大賽訓練教程.北京：電子工業出版社，2010.

[4] 胡石根等.漢字聯機手寫識別系統的設計與實現[J].計算機仿真，2010 年第9 期.