【正文】 生 5ms～ 10ms 的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下。保持模塊水平，緩慢旋轉(zhuǎn) 1 周 （旋轉(zhuǎn) 1 周時間大約 1 分鐘）。整個驅(qū)動流程如圖 52 所示。 系統(tǒng)的總體電路 采用 Protel99SE 設(shè)計 ， 如圖 410 所示。微控制器只需要 按照 KS0066 給定的指令格式進(jìn)行相應(yīng)的操作即可。數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿串行輸入。并切具有重新標(biāo)定的功能，能夠在任意位置得到準(zhǔn)確的方位角，其輸出的 波特率是 9600bps,有連續(xù)輸出與詢問輸出兩種方式，具有磁偏角補償功能，可適應(yīng)不同的工作環(huán)境。 圖 41 控制器電路圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 24 整個微控制系統(tǒng)中采用了無源晶振的形式發(fā)生 MCU 所需要的時鐘信號。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 23 4 系統(tǒng)硬件 系統(tǒng)控制 模塊 本次設(shè)計中采用了高速 51 內(nèi)核 MCU，具體型號為 STC89C52，高速 8051 架構(gòu)，每個機器周期一 個時鐘，最高頻率 33MHz，單周期指令 30ns，雙數(shù)據(jù)指針，支持四種頁面存儲器訪問模式。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 22 圖 39 小型繼電器閉合瞬間 編寫單片機的鍵盤檢測程序時，一般在檢測按下時加入去抖延時，檢測松手時就不用加了。按鍵在被按下時，其觸點電壓變化過程如圖 37 所示。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號 或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計算機鍵盤。最低有效位 (位 0)如為 0 表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最 低位開始輸出。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。上下偏振片為正交或平行方向時顯示表現(xiàn)為常白或常黑模式。 為了省電， LCD 顯示采用復(fù)用的 方法，在復(fù)用模式下，一端的電極分組連接在一起，每一組電極連接到一個電源，另一端的電極也分組連接，每一組連接到電源另一端，分組設(shè)計保證每個畫素由一個獨立的電源控制，電子設(shè)備或者驅(qū)動電子設(shè)備的軟件通過控制電源的開 /關(guān)序列，從而控制畫素的顯示。它兼有液體和晶體的某些特點，表現(xiàn)出一些獨特的性質(zhì)。 物理特性 當(dāng)通電時導(dǎo)通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。磁敏感元件由長而薄的坡莫合金薄膜制成。該磁阻傳感器內(nèi)置兩個正交磁敏電阻橋、完整的補償線圈和設(shè)置／復(fù)位線圈。在標(biāo)準(zhǔn)的 10 針外形 (MSOP)中，兩個敏感元件可以獨立上電，用于減少功耗。 當(dāng)橋路加上供電電壓，傳感器將磁場強度轉(zhuǎn)化為電壓輸出，包括環(huán)境磁場和測量磁場。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 14 系統(tǒng)總圖框圖 電子指南針 的系統(tǒng)主要由 前端磁阻傳感器 、 磁場測量專用轉(zhuǎn)換芯片、單片 機 控制器 、輔助擴展電路、人機界面以及系統(tǒng)電源幾個部分 組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 32 所示。實際中， “硬鐵效應(yīng) ”一般比 “軟鐵效應(yīng) ”強的多 。最大溫度漂移電壓為 ，都比傳感器輸出 電壓 高很多，所以指南針系統(tǒng)的內(nèi)部偏移補償是很重要的 。 電子指南針的主要偏差 及校正 磁偏角和磁傾角 現(xiàn)在人們已經(jīng)知道，地球的兩個磁極和地理的南北極只是接近，并不重合。磁暴是全球同時發(fā)生的強烈磁擾，持續(xù)時間約為 1～ 3 天，幅度可達(dá) 10 納特。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源于地球外部，并且很微弱。其中以磁偏角的觀測歷史為最早。這個解釋最初是英國 1600 年提出的。 為了認(rèn)識和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過程，必須考慮磁場這一重要因素。 磁感線 在磁場中畫一些曲線，使曲線上任何一點的切線方向都跟這一點的磁場方向相同，這些曲線叫 磁感線 。 電流 、運動 電荷 、磁體或變化電 場周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。 8 位單片機中有二分之一的產(chǎn)片已 CMOS 化， CMOS 芯片的單片機具有功耗小得有點，而且為了充分發(fā)揮低功耗的特點，這類單片機普遍配置有 Wait 和 Stop 兩種工作方式。 （ 2）增加 I/O 口的邏輯控制功能。 （ 3）程序保密化。目前許多公司都在積極的開發(fā)此類產(chǎn)品。 單片機根據(jù)其基本操作處理 的位數(shù)可分為： 1 位單片機、 4 位單片機、 8 位單片機、16 位單片機和 32 位單片機。用戶可以根據(jù)實際需要，充分利用單片機的內(nèi)部資源，設(shè)計一個以通用單片機芯片為核心，再配以外部接口電路及其他外圍設(shè)備，來滿足各種不同需要的測控系統(tǒng)。由于這類單片機的性能價格比較高，所以仍被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量較多的單片機。因工藝限制，單片機采用雙片的形式而且功能比較簡單。然后概述了系統(tǒng)測量所應(yīng)用的原理以及系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖，此外還介紹了系統(tǒng)中其他模塊的相關(guān)知識，例如常用的指南針芯片、液晶的顯示原理、實時時鐘的結(jié)構(gòu)和工作原理、鍵盤的檢測等。另外 ,美國在導(dǎo)彈試驗方面已開始應(yīng)用地磁信息 ,并利用 E22 飛機進(jìn)行高空地磁數(shù)據(jù)測量。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著人們對指南針原理認(rèn)識的不斷深入，指南針也由先前笨重的“司南”發(fā)展 到現(xiàn)在的便攜式的指南針。但其基本構(gòu)造是沒有改變，都屬于機械指針式，指示的機械結(jié)構(gòu)也基本沒有改變。 司南由青銅盤和天然磁體制成的磁勺組成，青銅盤上刻有二十四向，置磁勺于盤中心圓面上，靜止時，勺尾指向為南。人們首先發(fā)現(xiàn)了磁石引鐵的性質(zhì)。 ，能夠在 LCD 上顯示當(dāng)前方位并能通過鍵盤控制 實現(xiàn)磁場校準(zhǔn)， 磁偏角 補償，重新設(shè)定等功能 。實際測試指南針模塊精度達(dá)到 1176。由于生產(chǎn)勞動，人們接觸了 磁礦石 ，開始了對 磁性質(zhì)的了解。古人稱它為 “司南 ”。 隨著人們對指南針原理認(rèn)識的不斷深入，指南針也由先前笨重的司南發(fā)展到現(xiàn)在的便攜式指南針。 此外，電子指南針在功能上更加人性化， 由于是采用功能性模塊，因此可以非常方便的擴展各個功能，例如在原有的電子指南針的功能基礎(chǔ)上 還可以集成數(shù)字時鐘等擴展功能，方便實用。 美國目前已開發(fā)出地面和空中定位精度優(yōu)于 30m、水下定位精度優(yōu)于 500 m 的地磁導(dǎo)航系統(tǒng) ,并計劃用于 提高飛航導(dǎo)彈和巡航魚雷的命中率。 其次 介紹了系統(tǒng)總控制器 單片機的相關(guān)知識和設(shè)計中需要了解的一些物理量 ，其中包括了單片機的歷史發(fā)展、分類和磁場、磁感線等，對于指南針的偏差與校正也有所介紹。 單片機的歷史及發(fā)展概況 單片機 的 發(fā)展歷史可分為四個階段： 第一階段（ 1974 年 —— 1976 年）：單片機初級階段。這類單片機的典型代表是： Intel 公司的 MCS5 Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8 等。通用型單片機是把可開發(fā)的內(nèi)部資源，如 RAM、 ROM、 I/O 等功能部件等全部提供給用戶。但是，無論專用單片機在用途上有多么 “ 專 ” ，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理都是以通用單片機為基礎(chǔ)的。該總線是用 2 根信號線代替現(xiàn)行的 8 位數(shù)據(jù)總線，從而大大地減少了單片機外部引線，使得單片機與外部接口電路連接簡單。片內(nèi) E2PROM 或閃爍存儲器的使用，大大簡化了應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。有的單片機能直接輸出大電流和高電壓，以便能直接驅(qū)動 LED 和 VFD（熒光顯示 器）。 隨著集成電路技術(shù)及工藝的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍電路也可以是大規(guī)模的，把所需的外圍電路全部裝入單片機內(nèi)，即系統(tǒng)的單片化是目前單片機發(fā)展趨勢之一。 磁體 周圍存在磁場，磁體間的相互作用就是以磁場作為媒介的。 換言之，在磁場中不存在發(fā)出 磁感線 的源頭，也不存在會聚 磁感線 的尾閭，磁感線 閉合表明沿 磁感線 的環(huán)路積分不為零，即 磁場是有旋場而不是勢場（保守場），不存在類似于電勢那樣的標(biāo)量函數(shù)。磁場是廣泛存在的，地球，恒星 (如太陽 )，星系（如銀河系），行星、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場。 磁針的指極性是由于地球的北磁極（磁性為 S 極）吸引著磁針的 N 極，地球的南磁極（磁性為 S 極）吸引著磁針的 N 極。常用的地磁要素有 7 個，即地磁場總強度 F，水平強度 H，垂直強度 Z， X 和 Y分別為 H 的北向和東向分量， D 和 I 分別為磁偏角和 磁傾角 ?；敬艌鍪堑卮艌龅闹饕糠郑鹪从诘厍騼?nèi)部，比較穩(wěn)定，變化非常緩慢。干擾變化包括磁暴、地磁亞暴、太陽擾日變化和地磁脈動等，場源是太陽粒子輻射同地磁場相互 作用在磁層和電離層中產(chǎn)生青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 9 的各種短暫的電流體系。 地球變化磁場既和磁層、電離層的電磁過程相聯(lián)系，又和地殼上地幔的電性結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以在空間物理學(xué)和固體地球物 理學(xué)的研究中都具有重要意義。 傳感器偏移補償 在磁場強度為 15A/m（地球磁場最小值），傳感器靈敏度為典型值 80mV/(KA/m)（ Vcc=5V）的條件下， 指南針模塊 的輸出幅度約為 ；而 Vcc=5V 時，由于指南針模塊 本身偏差及溫度漂移的影響，最大偏差電壓可達(dá)到 177。基本的兩種干涉磁場是 “硬鐵效應(yīng) ”和 “軟鐵效應(yīng) ”， “硬鐵效應(yīng) ”是由與指南針固定位置的磁體產(chǎn)生的，在測試圖中表現(xiàn)為圓心移動到（ Hix,Hiy） ,Hix 和 Hiy 是干涉磁場的分量；含鐵金屬對地球磁場的影響表現(xiàn)為 “軟鐵效應(yīng) ”，在測試圖中表現(xiàn)為圓的變形。 此外，由于地球是球體， 指南針受磁場的影響會指向地面而不是指向水平方向，此時水平方向與磁針的真實指向也會存在一個被稱為磁傾角的誤差角度，因此，對所測量的結(jié)果再進(jìn)行磁傾角的補償，所得到的結(jié)果才會更加的準(zhǔn)確。 常用 指南針芯片簡介 一維磁阻微電路芯片 HMC1052 感應(yīng)磁場 HMCI052 是一個雙軸線性磁傳感器，象其它 HMC10XX 系列傳感器，每個傳感器都有一個由磁阻薄膜合金組成的惠斯通橋。偏置帶，用于校正傳感器，或偏 置任何不想要的磁場。 圖 34 HMC1022接線圖 Philips 公司生產(chǎn)的 KMZ52 感應(yīng)磁場 KMZ52 是 Philips 公司生產(chǎn)的一種磁阻傳感器，是利用坡莫合金薄片的磁阻效應(yīng)測量磁場的高靈敏度磁阻傳感器。 KMZ52 磁阻傳感器的核心部分是惠斯通電橋，是由 4 個磁敏感元件組成的磁阻橋臂。 同時具有兩種物質(zhì)的液晶，是以分子間力量組合的，它們的特殊光 學(xué)性質(zhì)，又對電磁場敏感，極有實用價值。液晶是一種介于晶體狀態(tài)和液態(tài)青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 18 狀態(tài)之間的中間物質(zhì)。 許多 LCD 在交流電作用下變黑，交流電破壞了液晶的螺旋效應(yīng)，而關(guān)閉電流后，LCD 會變亮或者透明。 正是這樣利 用給液晶盒通電或斷電的辦法使光改變其透－遮住狀態(tài)，從而實現(xiàn)顯示。 引腳功能及結(jié)構(gòu) 在 DS1302 的引腳排列 ,其中 Vcc1 為后備電源， Vcc2 為主電源。當(dāng) RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進(jìn)行操作。位 5 至位 1 指示操作單元的地址 。 鍵盤檢測原理簡介 鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。 按鍵的連接方法非常簡單，如圖 36 所示，右側(cè) I/O 端與單片機的任一 I/O 口相連。注意在開始和結(jié)束時，幾個小的脈沖后伴隨較高的頻率。這就是矩陣鍵盤檢測的原理和方法。 LCD 是系統(tǒng) 中 比較繁忙的器件之一，其接口采用了并口模式可以提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，保證了液晶顯示屏的及時刷新。 指南針模塊電路 該產(chǎn)品精度高，穩(wěn)定性高。為初始化數(shù)據(jù)傳送，把 RST 置為高電平且把提供地址和命令信息的 8位裝入到移位寄存器。 圖 47 LCD1602 內(nèi)部原理 整個 LCD 中 KS0066 負(fù)責(zé)對 LCD 行列驅(qū)動 器 16 COM 和 40 SEG 進(jìn)行控制。系統(tǒng)總電路中包含了系統(tǒng)主控制電路、指南針模塊、實時時鐘、及其邏輯控制電路，擴展接口和相關(guān)輔助電路。本次設(shè)計采用的 DS1302 實時時鐘芯片采用 串行 接口，對它的所有操作直接通過對其內(nèi)部線性的 CMOS RAM 區(qū)進(jìn)行操作即可即對 DS1302 的操作主要是通過 串行口數(shù)據(jù) 對其內(nèi)部 RAM 進(jìn)行讀寫。 指南針模塊在第一次使用前都必須校正，系統(tǒng)上電 后 在模塊的第 9（ CAL）引腳，接一按鍵至電源負(fù)極（ GND） ,當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳存I時，進(jìn)入校準(zhǔn)狀態(tài)， LED 常亮起。當(dāng)檢測到按鍵釋放后，也要給 5ms～ 10ms 的延時，待后沿抖動消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。 圖 56 LCD1602 工作流程圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 34 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計 的電子指南針系統(tǒng) 包含了 磁場傳感器、微控制器、顯示部件、輸入部件和實時時鐘等部分，微控制器通過對磁場傳感器配套的 ASIC 進(jìn)行讀取獲得當(dāng)前方向地磁場的強度，通過一定的運算后由直觀的 液晶 界面顯示出來，并可通過微控制器的串口和 獨立按鍵 進(jìn)行數(shù)據(jù)的 交互 。對姜老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。 感謝我的父母，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠(yuǎn)健康快 樂是我最大的心愿。 sck=1。 //寫入寫時間命令 write_ds1302_byte(dat)。 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