【正文】 對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問(wèn)題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路 的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。但本系統(tǒng)并只做了 X 和 Y方向的測(cè)量。從而只要得到方位角α的大小即可得知該水平面方位。內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 8高斯的磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn) 2毫高斯的分辨率，且內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，顯得更為優(yōu)越。HMC5883L采用霍尼韋爾各向異性磁阻 (AMR)技術(shù)，該技術(shù)領(lǐng)先于其他磁傳感器技術(shù)。的 12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在外加磁場(chǎng)的作用下，磁阻的變化引起輸出電壓的變化。放置，這使得電子在正反向磁場(chǎng)力作用下有較好的對(duì)稱(chēng)性。補(bǔ)償線(xiàn)圈的輸出與當(dāng)前測(cè)量結(jié)果形成閉環(huán)反饋，使傳感器的靈敏度不受地域限制。然而，卻不能使用偏置帶。敏感元件 A和 B，都有這兩個(gè)帶。 HMC1052 包含兩個(gè)敏感元件，它們的敏感軸互相垂直。 本文介紹了電子指南針的工作原理及電路硬件及軟件的設(shè)計(jì)，同時(shí)給出了其抗干擾設(shè)計(jì)以及信號(hào)和數(shù)據(jù)的處理方法。的 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。并以精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)得到了廣泛運(yùn)用。但其基本構(gòu)造是沒(méi)有改變的，都是屬于機(jī)械的指針式，其指示的機(jī)械結(jié)構(gòu)基本上沒(méi)有改變，都是利用某種支撐使得磁針能夠受到地磁場(chǎng)的影響而自由的旋轉(zhuǎn)。磁針在地磁場(chǎng)作用下能保持在磁子午線(xiàn)的切線(xiàn)方向上。 目 錄 言 ........................................................... 1 ...................................................... 2 傳感器方案論證與選擇 .............................................. 2 單片機(jī)方案選擇 .................................................... 4 總體方案設(shè)計(jì)思想及框圖 ............................................ 6 ...................................................... 8 單片機(jī)最小系統(tǒng) .................................................... 8 串口電路 .......................................................... 9 HMC5883L 傳感器模塊 .............................................. 10 LCD1602 液晶屏模塊 ............................................... 12 ......................................................... 17 HMC5883L 與單片機(jī)通信軟件設(shè)計(jì) .................................... 17 LCD1602 人 機(jī)界面軟件設(shè)計(jì) ......................................... 18 系統(tǒng)總統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................. 18 ......................................................... 18 ............................................................ 20 ....................................................... 19 致謝 .............................................................. 20 參考文獻(xiàn) .......................................................... 21 附錄 A: 電子指南針整機(jī)電路圖和實(shí)物圖 ................................ 22 附錄 B: 1602 液晶模塊字符存儲(chǔ)器 ..................................... 23 附錄 C: 電子指南針程序源代碼 ........................................ 24 第 1 頁(yè) 言 指南針是用以判別方位的一種簡(jiǎn)單儀器 ,是 一種重要的導(dǎo)航工具，可應(yīng)用在多種場(chǎng)合中。磁針的北極指向地理的北極，利用這一性能可以辨別方向。由于機(jī)械的先天因素導(dǎo)致了 指針式指南針在便攜性、靈敏度、精度以及使用壽命上都有一定的限制。本設(shè)計(jì)采用Honeywell 公司的各向異性磁阻 (AMR)傳感器芯片 HMC5883L。簡(jiǎn)易的 I2C 系列總線(xiàn)接口。 第 2 頁(yè) 如今電子技術(shù)發(fā)展飛速，電子指南針的設(shè)計(jì)也存在著多種方案選擇，每種方案各有所長(zhǎng)，因此我們要根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇相應(yīng)的硬什設(shè)備進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。敏感元件 A和 B，共存于單硅芯片中，完全正交，且參數(shù)匹配。置位 /復(fù)位帶，用于確保精度。若需要偏置帶，可以 用另一種封裝的 HMC1052。這種磁阻傳感器主要應(yīng)用于導(dǎo)航、通用地磁測(cè)量和交通檢測(cè)。由于加入了翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， KMZ52 的變化曲線(xiàn)與普通的磁敏電阻不同，更加線(xiàn)性化。 圖 KMZ52傳感器引腳圖 方案三 :使用霍尼韋爾 HMC5883L 各向異性磁阻傳感電路 霍尼韋爾 HMC5883L 是一種表面貼裝的高集成模塊，并帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片，應(yīng)用于低成本羅盤(pán)和磁場(chǎng)檢測(cè)領(lǐng)域。簡(jiǎn)易的 I2C 系列總線(xiàn)接口。這些各向異性傳感器具有在軸向高靈敏度和線(xiàn)性高精度的特點(diǎn) .傳感器具有的對(duì)正交軸的低靈敏度的固相結(jié)構(gòu)能用于測(cè)量地球磁場(chǎng)的方向和大小，其測(cè)量范圍從毫高斯到 8高斯(gauss)?；裟犴f爾的磁傳感器在低磁場(chǎng)傳感器行業(yè)中是靈敏度最高和可靠性最好的傳感器。 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； ： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （ 5V單片機(jī)） STC12LE5A60S2系列工作電壓： （ 3V 單片機(jī)）； ： 035MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 420MHz； 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié)； 成 1280 字節(jié) RAM； I/O 口（ 36/40/44 個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開(kāi)漏，每 第 5 頁(yè) 個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò) 55Ma； 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器 ， 可通過(guò)串口（ ）直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片； EEPROM 功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 無(wú)內(nèi)部 EEPROM)； 門(mén)狗； MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時(shí)，復(fù)位腳可直接 1K 電阻到地）； :在 口有一個(gè)低壓門(mén)檻比較器， 5V 單片機(jī)為 ，誤差為 +/5%, 單片機(jī)為 ，誤差為 +/3%； ：外部高精度晶體 /時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 (溫漂為 +/5%到 +/10%以?xún)?nèi) ) 1用戶(hù)在下載用戶(hù)程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 /時(shí)鐘，常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機(jī)為： 11MHz～ ， 單片機(jī)為： 8MHz～ 12MHz，精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)； 4 個(gè) 16 位定時(shí)器 兩個(gè)與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,16 位定時(shí)器 T0和 T1，沒(méi)有定時(shí)器 2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器 做串行通訊的波特率發(fā)生器 再加上2 路 PCA 模塊可再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè) 16 位定時(shí)器； 14. 2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由 T0的溢出在 ，可由 T1的溢出在 輸出時(shí)鐘； I/O 口 7 路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到 ), CCP1/ (也可通過(guò)寄存器設(shè)置到 )； 16. PWM(2 路） /PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列 ,2路）： —— 也可用來(lái)當(dāng) 2路 D/A 使用 —— 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 2個(gè)定時(shí)器 —— 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 2個(gè)外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持 )； , 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25 萬(wàn)次 )18.通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時(shí)器或 PCA 第 6 頁(yè) 軟件實(shí)現(xiàn)多串口； 19. STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標(biāo)志的才有雙串口， RxD2/(可通過(guò)寄存器設(shè)置到 )， TxD2/(可通過(guò)寄存器設(shè)置到 )； ： 40 +85℃ (工業(yè)級(jí) ) / 0 75℃ (商業(yè)級(jí) )：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O 口不夠時(shí)，可用 2 到 3 根普通 I/O 口線(xiàn)外接 74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來(lái)擴(kuò)展 I/O 口 ,還可用 A/D 做按鍵掃描來(lái)節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU,三線(xiàn)通信，還多了串口。由圖可知 tanα =Hey/Hex,所以只要求出 y、 x軸上的磁場(chǎng)強(qiáng)度之比 Hey／ Hex，即可得到方位角α的正切值。由于考慮到時(shí)間安排有限， Z方向暫時(shí)不做，但本系統(tǒng)設(shè)計(jì)只要平拿平放并不影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。 電子設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。單片機(jī)最 小系統(tǒng)如下圖 。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。 串口也稱(chēng)串行通信接口， RS232 是目前最常用的一種串行通訊接口 ， 由于其形狀和針腳數(shù)量的原因，其接頭又被稱(chēng)為 DB9 接頭 。 TTL/CMOS 第 10 頁(yè) 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DP9 插頭； DP9插頭的 RS232數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出 第三部分是供電 ： 15 腳 DNG、 16腳 VCC（ +5v）。在磁場(chǎng)存在的情況下，橋式電阻元件的變化將引起跨電橋輸出電壓的相應(yīng)變化。第一個(gè)是內(nèi)部運(yùn)作的 VDD供電電源，第二個(gè)是為IO接口供電的 VDDIO電源，當(dāng)然 VDDIO的電壓可以與 VDD電 源相近；單電源模式，或在 VDDIO 電壓低于 VDD 的情況下， HMC5883L都能正常運(yùn)作并能與其他裝置兼容。該裝置將作為從機(jī)在一個(gè)主機(jī) (例如：處理器 )的控制下連接總線(xiàn)。要求主機(jī)的活動(dòng)（寄存器的讀取和寫(xiě)入）優(yōu)先于內(nèi)部活動(dòng)，例如：測(cè)量。這一置位 /復(fù)位帶在很大程度上是一種電阻性負(fù)載。這樣，在所有測(cè)量中傳感器的內(nèi)部偏差和溫度漂移差值就可以被移除 /抵消了。該裝置使用地址指針來(lái)顯示該寄存器地點(diǎn)是被 第 12 頁(yè) 讀取或?qū)懭?。地址指針本身不能通過(guò) I2C總線(xiàn)被讀取。其與單片機(jī)的連線(xiàn)圖如下圖所示。 其引腳圖和引腳說(shuō)明如下： 圖 LCD1602引腳圖 第 13 頁(yè) 第 1 腳 ： VSS 為電源地 。 第 5 腳： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 其基本操作時(shí)序： 第 14 頁(yè) 讀狀態(tài) 輸入： RS=L， RW=H， E=H 輸出：