【正文】 for(i=0。 } rst=0。 _nop_()。 sck=1。 _nop_()。i++) { sck=0。在此對學(xué)校表示感謝，祝愿學(xué)校的明天更加美好！ 感謝我的室友們，從遙遠(yuǎn)的家來到同一個(gè)城市里。 因?yàn)閭€(gè)人在知識面和能力方面還有限，再加上條件的限制，電子指 南針的 采樣精度和抗干擾能力等 各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的提高、諸多功能的完善還需要進(jìn)一步的研究和開發(fā) ， 此外在完成基本功能的基礎(chǔ)上，還需要努力提高軟件的效率、硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 進(jìn)一步降低 系統(tǒng) 功耗等 。本次設(shè)計(jì)采用了 LCD1602 點(diǎn)陣的 液晶 模塊。將磁場強(qiáng)度歸一化后，直接對 X,Y軸的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算就可以得到當(dāng)前方向與正 北 方向的夾角，如圖 54 所示。整個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)包括了讀取 GY26 數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、封裝數(shù)據(jù)和通過 SPI 時(shí)序發(fā)送數(shù)據(jù)幾個(gè)部分。當(dāng)系統(tǒng)上電后，最先執(zhí)行的就是對系統(tǒng)初始化的代碼，其中主要包括對系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、 LCD 驅(qū)動(dòng)、指南針模塊以及對系統(tǒng)通信串口的初始化。由于系統(tǒng)中的其他模塊對微控制器的端口占用較少還有很多沒有使用的端口，鍵盤連接上直接采用了 獨(dú)立按鍵 形式 。其讀寫時(shí)序圖如圖 46 所示。 DS1302 是美國 DALLS公司推出的一款高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏 年補(bǔ)償功能。 圖 42 晶振電路圖 圖 43 復(fù)位電路圖 指南針模塊 本次設(shè)計(jì)中采用了 NGY26 指南針模塊。支持電源管理模式，可編程的時(shí)鐘分頻器，自動(dòng)的硬件和軟件退出低功耗。 無論是獨(dú)立鍵盤還是矩陣鍵盤，單片機(jī)檢測其是否被按下的依據(jù)都是一樣的，也就是檢測與該鍵對應(yīng)的 I/O 口是否是低電平。 因此單片機(jī)在檢測鍵盤是否按下時(shí)都要加上去抖動(dòng)操作，有動(dòng)用的去抖動(dòng)電路，也有專用的去抖動(dòng)芯片，但通常我們用軟件延時(shí)的方法就能很容易解決抖動(dòng)問題，而沒有必要再添加多余的硬件電路。 獨(dú)立鍵盤檢測 鍵盤實(shí)際上是一組按鍵，在單片機(jī)外圍電路中，通常用到的按鍵都是機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，線路導(dǎo)通，開關(guān)斷開時(shí)，線路斷開。 DS1302 的寄存器 DS1302 有 12 個(gè)寄存器，其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD 碼形式 。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )，后面有詳細(xì)說明。當(dāng) Vcc2 小于 Vcc1 時(shí)， DS1302 由 Vcc1 供電。 DS1302 的結(jié)構(gòu)及工作原理 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。自然光經(jīng)過一偏 振片后 “ 過濾 ” 為線性偏振光，由于液晶分子在盒子中的扭曲螺距遠(yuǎn)比可見光波長大得多，所以當(dāng)沿取向膜表面的液晶分子排列方向一致或正交的線性偏振光入射后，其偏光方向在經(jīng)過整個(gè)液晶層后會(huì)扭曲90176。 每個(gè)畫素由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：懸浮于兩個(gè)透明電極 (氧化銦錫 )間的一列液晶分子，兩個(gè)偏振方向互相垂直的偏振過濾 片，如果沒有電極間的液晶，光通過其中一個(gè)過濾片勢必被另一個(gè)阻擋，通過一個(gè)過濾片的光線偏振方向被液晶旋轉(zhuǎn)，從而能夠通過另一個(gè)。當(dāng)光束通過這層液晶時(shí)，液晶本身會(huì)排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。人們熟悉的物質(zhì)狀態(tài)為氣、液、固，較為生疏的是電漿和液晶。 該磁阻傳感器在金屬鋁的表面沉積了一定厚度的高磁導(dǎo)率的坡莫合金，在翻轉(zhuǎn)線圈和外界磁場兩個(gè)力的作用下，電子改變運(yùn)動(dòng)方向，使得磁敏電阻的阻值發(fā)生變化。 圖 33 HMC1052 外部接線圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 16 霍尼韋爾 HMC1022 各向異性磁阻傳感電路 可實(shí)現(xiàn)小型和低成本羅盤電路設(shè)計(jì)。 HMC1052 的尺寸小，低工作電壓，而且消除了兩個(gè)敏感元件引起的非正交誤差。 同時(shí)可以通過鍵盤控制微控制器進(jìn)行相應(yīng)的操作，如進(jìn)行磁場校準(zhǔn)， 磁偏角 補(bǔ)償 ，實(shí)時(shí)時(shí)鐘的調(diào)整 等 。 圖 23 補(bǔ)償后輸出信號圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 12 圖 2圖 23 是 “硬鐵效應(yīng) ”補(bǔ)償前后兩組數(shù)據(jù)的仿真圖，補(bǔ)償前圖形大致以（ ,）為圓心（ 圖 22），補(bǔ)償后圖形基本上是以（ ， ）為中心（圖 23），“硬鐵效應(yīng) ”得到補(bǔ)償。在圖 21 設(shè)計(jì)的電路圖中，運(yùn)用 MAX392 模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)正負(fù)脈沖電路，它的四路開關(guān)可以同時(shí)控制 兩路通道，使兩路通道具有更好的一致性；運(yùn)用達(dá)林頓管，可以使正負(fù)電流脈沖時(shí)間非常短，幅度達(dá)到 1A，滿足了對電流脈沖的要求。不同地點(diǎn)的磁偏角和磁傾角都是不相同的。內(nèi)源場是由外源場在地球內(nèi)部感應(yīng)出來的電流所產(chǎn)生的。非偶極子磁場主要分布在亞洲東部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等幾個(gè)地域，平均強(qiáng)度約占地磁場的 10％。地磁場強(qiáng)度 的單位過去通常采用伽馬（ γ），即 1 納特斯拉。 地磁的磁感線和地理的經(jīng)線是不平行的，它們之間的夾角叫做 磁偏角 。地球的磁級與地理的兩極相反。磁鐵周圍的 磁感線 都是從 N 極出來進(jìn)入 S 極，在磁體內(nèi)部 磁感線 從 S 極到 N 極。而現(xiàn)代理論則說明，磁力是電場力的 相對論 效應(yīng)。但其位數(shù)不一定會(huì)繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有 32 位單片機(jī)，但是用的并不多。 （ 3）有些單片機(jī)設(shè)置了一些特殊的串行接口功能，為構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)提供了方便條件。加鎖后，無法讀取其中的程序，這就達(dá)到了程序的保密的目的。有的單片機(jī)片內(nèi) ROM 容量可達(dá) 128KB。 的改進(jìn) （ 1）采用雙 COU 結(jié)構(gòu)，以提高處理能力。例如，打印機(jī)、家用電器以及各種通信設(shè)備中的專用單片機(jī)等。 16 位單片機(jī)的典型產(chǎn)品如 Intel 公司的 MCS96 系列單片機(jī)，其集成度已達(dá) 120210 管子 /片，主振為12MHz,片內(nèi) RAM 為 232B， ROM 為 8KB，中斷處理為 8 級，而且片內(nèi)帶有多通道 10位 A/D 轉(zhuǎn)換器和高速輸入 /輸出部件（ HIS/HSO），實(shí)時(shí)處理功能的能力很強(qiáng)。 第二階段（ 1976 年 —— 1978 年）低性能單片機(jī)階段。此外在最后的 附錄中還附加了系統(tǒng)的主程序和各模塊的驅(qū)動(dòng)程序。 地磁場模型與地磁圖是研究 電子式指南針 制導(dǎo)技術(shù)的基礎(chǔ) ,地磁場建模和地磁 圖的精確程度是決定地磁導(dǎo)航技術(shù)是否可行的關(guān)鍵因素。由于國內(nèi)外電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是在磁傳感器和專用芯片（ ASIC）上的發(fā)展使能指南針的基本實(shí)現(xiàn)機(jī)理有了質(zhì)的改變，不再是機(jī)械結(jié)構(gòu)而采用了磁場傳感器和專用處理器對磁場進(jìn)行測量和處理后指示方向，這就是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的電子式指南針。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是在磁傳感器和專用芯片上的發(fā)展使指南針的基本實(shí)現(xiàn)機(jī)理有了質(zhì)的改變，不再是機(jī)械結(jié)構(gòu)而采用了磁場傳感器和專用處理器對磁場進(jìn)行測量和處理后指示方向，這就是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的電子式指南針。而且司南有一定的體積和重量，攜帶很不方便，使得 司南長期未得到廣泛應(yīng)用。 指南針的始祖大約出現(xiàn)在戰(zhàn)國時(shí)期。, in the LCD display on the current position and through the keyboard control can realize functions like the magic field calibration, Magic declination, Reset etc. Key words: electronic pass。青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） I 摘 要 早期的指南針采用了磁化指針和方位盤的組合方式，整個(gè)指南針從便攜性、指示靈敏度上都有一定不足，極易受到外界因素的干擾。 GMR。它是用天然磁石制成的。 指南針原理介紹 地球是個(gè)大 磁體，其地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。 電子指南針替代 舊 的 指 針式指南針或羅盤指南針，因?yàn)殡娮又改厢樔捎霉虘B(tài)的原件，還可以簡單地和其他電子系統(tǒng)接口。 國內(nèi)外現(xiàn)階段研究電子指南針的主 要應(yīng)用是提供地磁導(dǎo)航功能，相對于其他導(dǎo)航手段而言 ,地磁導(dǎo)航起步得比較晚。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 3 本課題研究的意義 本課題針對電子指南針的各個(gè)功能部件對電子指南針的關(guān)鍵部分做了詳細(xì)的研究。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 4 2 單片機(jī)及 相關(guān)物理量介紹 單片機(jī) 系統(tǒng) 簡介 單片機(jī)是自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。以 Intel 公司制造的 MCS48單片機(jī)為代表，這種單片機(jī)片內(nèi)集成有 8 位 CPU、并行 I/O 口、 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 RAM和 ROM 等，但是不足之處是無串行口，中斷處理比較簡單，片內(nèi) RAM 和 ROM 容量較小且尋址范圍不大于 4KB。而 32 位單片機(jī)除了具有更高的集成度 外，其主振已達(dá) 20MHz,使 32 位單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度比16 位單片機(jī)提高許多，性能比 8 位、 16 位單片機(jī)更加優(yōu)越。這種應(yīng)用的最大特點(diǎn)是針對性強(qiáng)且數(shù)量巨大。 （ 2）增加數(shù)據(jù)總線的寬度，單片機(jī)內(nèi)部采用 16 位數(shù)據(jù)總線，其數(shù)據(jù)處理能力明顯優(yōu)于一般 8 位單片機(jī)。 （ 2）片內(nèi) EPROM 采用 E2PROM 或閃爍（ Flash）存儲(chǔ)器。 I/O 的改進(jìn) 一般單片機(jī)都有較多的并行口，以滿足外圍設(shè)備、芯片擴(kuò)展的需要，并配有串行口，以滿足多機(jī)通信功能的要求。 隨著集成度的不斷提高，有肯能把眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)?？梢灶A(yù)言，今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便。 與 電場 相仿， 磁場 是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場，描述磁場的基本物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量 B ，也可以用磁感線形象地圖示。 電磁場是電磁作用的媒遞物，是統(tǒng)一的整體，電場和磁場是它緊密聯(lián)系、相互依存的兩個(gè)側(cè)面，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電磁場以波動(dòng)形式在空間傳播。 地磁場 地磁場（ geomagic field）是從地心至磁層頂?shù)目臻g范圍內(nèi)的磁場 ，是 地磁學(xué)的主要研究對象。中國古代的著名科學(xué)家 沈括 是第一個(gè)注意到磁偏角現(xiàn)象的科學(xué)家。 1960 年決定采用特斯拉作為國際測磁單位， 1 高斯＝ 10^(4)特斯拉（ T）， 1 伽馬＝ 10^(9)特斯拉＝ 1 納特斯拉（ nT），簡稱納特。地磁異常又分為區(qū)域異常和局部異常，與巖石和礦體的分布有關(guān)。將高斯球諧分析用于變化磁場，可將這種內(nèi)、外場區(qū)分開。磁偏角和磁傾角的發(fā)現(xiàn)使指南針的指向更加準(zhǔn)確。 干涉磁場校正 實(shí)際應(yīng)用中，指南針附近的地球磁場可能會(huì)受到其他磁場或附近的含鐵金屬干擾，為了獲得可靠的方位角，有效的補(bǔ)償上述影響是很必要的。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 3 原理及 系統(tǒng)框圖 測量 原理 簡介 如圖 31 是地球某一點(diǎn)的地球磁場向量 He 的三維圖（其中， x 和 y 軸與地球表面平行， z 軸垂直指向下）。 此外，電子指南針系統(tǒng) 容易受到外界磁場的影響，所以在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意 設(shè)置 磁屏蔽 殼體 ，此設(shè)置可以極大的減少外界磁場、各種硬鐵和軟鐵對整個(gè)系統(tǒng)的干擾。 除了惠斯通電橋， HMCI052 有兩個(gè)位于芯片上的磁耦合帶；偏置帶和置位 / 復(fù)位帶。該參考設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是針對那些希望采用現(xiàn)成的模擬和數(shù)字元件就能取得主要的羅盤功能的產(chǎn)品開發(fā)者設(shè)計(jì)的。同時(shí) KMZ52的斑馬條電阻成 45176。液晶相要具有特殊形狀分子組合始會(huì)產(chǎn)生，它們可以流動(dòng)，又擁有結(jié)晶的光學(xué)性質(zhì)。 大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物，由長棒狀的分子構(gòu)成。 液晶分子本身帶有電荷，將少量的電荷加到每個(gè)畫素或者子畫素的透明電極，則液晶的分子將被靜電力旋轉(zhuǎn)，通過的光線同時(shí)也被旋轉(zhuǎn)，改變一定的角度，從而能夠通過偏振過濾片。 由另一側(cè)射出，正交偏振片起到透光的作用；如果在液晶盒上施加一定值的電壓，青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 19 液晶長軸開始沿電場方向傾斜，當(dāng)電壓達(dá)到約 2 倍閾值電壓后，除電極表面的液晶分子外，所有液晶盒內(nèi)兩電極之間的液晶分子都變成沿電場方向的再排列，這時(shí) 90176。采用 三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。 SCLK 始終是輸入端。 此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM 相關(guān)的寄存器等。 彈性小按鍵被按下時(shí)閉合，松手后自動(dòng)斷開；自鎖式按鍵按下時(shí)閉合且會(huì)自動(dòng)鎖住，只有再次按下時(shí)才彈起斷開。 圖 36 按鍵與單片機(jī)連接圖 圖 37 按鍵被按下時(shí)電壓變化 用示波器跟蹤不同類型的開關(guān)，得到圖 38 和圖 39 的波形，觀 察波形可以幫助我們對抖動(dòng)現(xiàn)象有一個(gè)直觀的了解。獨(dú)立鍵盤有一端固定為低電平，單片機(jī)程序檢測時(shí)比較