【正文】 題研究的意義 ............................................ 3 2 單片機及相關(guān)物理量介紹 .............................. 4 單片機系統(tǒng)簡介 .............................................. 4 物理量簡介 .................................................. 7 電子指南針的主要偏差及校正 .................................. 9 3 原理及系統(tǒng)框圖 .................................... 13 測 量 原理簡介 ............................................... 13 系統(tǒng)總圖框圖 ............................................... 14 系統(tǒng)其他模塊簡介 ........................................... 15 4 系統(tǒng)硬件 .......................................... 23 系統(tǒng)控制模塊 ............................................... 23 指南針模塊 ................................................. 24 實時時鐘模塊 ............................................... 25 液晶顯示電路 ............................................... 26 系統(tǒng)輸入電路 ............................................... 27 5 系統(tǒng)軟件 .......................................... 29 主監(jiān)控程序 ................................................. 29 實時時鐘驅(qū)動 ............................................... 30 指南針模塊驅(qū)動 ............................................. 30 鍵盤驅(qū)動 ................................................... 32 液晶模塊驅(qū)動 ............................................... 33 結(jié) 論 ........................................... 34 致 謝 ........................................... 35 參考文獻 ........................................... 36 附 錄 ........................................... 37 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） 1 1 引言 課題背景 指南針的發(fā)明是我國勞動人民，在長期的實踐中對物體磁性認(rèn)識的結(jié)果。 關(guān)鍵 詞 ： 電子指南針； 磁阻傳感器 ； 單片機 ； 液晶 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） II Abstract Since the early use of a magic pass and directionpointer of the position, the entire pass from scratch, on the instructions of a certain sensitivity of the defect. Using a dedicated highspeed magic sensors with microcontroller (MCU) electronic pass can effectively solve these problems. The system is designed by the reluctance (GMR) sensors collecting a certain direction through the magic field strength after the MCU Controller its judgement will be dealt with the results, through the LCD screen display and can be sent to the MCU39。 但司南也有許多缺陷，天然磁體不易找到，在加工時容易因打擊、受熱而 失磁 。但其基本構(gòu)造是沒有改變的，都是屬于機械的指針式，其指示的機械結(jié)構(gòu)基本上沒有改變，都是利用某種支撐使得磁針能夠受到地磁場的影響而自由的旋轉(zhuǎn)。 第四部分主要是介紹了系統(tǒng)的具體的硬件部分設(shè)計，其中包括了各個模塊的電路接線、接口的說明和時序圖等。 第四階段（ 1982 年 —— 現(xiàn)在） 8 位單片機鞏固發(fā)展及 16 位單片機、 32 位單片機推出階段。 單片機的發(fā)展趨勢 單片機的發(fā)展趨勢將是向大容量、高性能化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。一般 EPROM 中的程序很容易被復(fù)制。例如采用 CHMOS 工藝的 MCS51 系列單片機 80C31/80C51/87C51 在正常運行（ 5V，12MHz）時，工作電流為 16mA,同樣條件下 Wait 方式工作時，工作電流則為 ，而在 Stop 方式（ 2V）時，工作電流僅為 50nA。 磁感線 是閉合曲線。吉伯所作出的地磁場來源于 地球本體的假定是正確的。 地球的基本磁場可分為偶極子磁場、非偶極 子磁場和地磁異常幾個組成部分。磁針指向的是地球磁極而不是地理的南北極，這樣磁針指的就不是正南、正北方向而略有偏差，這個角度就叫磁偏角。 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） 11 圖 22 補償前輸出信號圖 如果忽略軟鐵效應(yīng)（倘若指南針附近沒有 鐵性材料，軟鐵效應(yīng)是非常微弱的），可以用 “雙向校正 ”法校正。 HMC1052 包含兩個敏感元件 ,它們的敏感軸互相垂直。補償線圈的輸出與當(dāng)前測量結(jié)果形成閉環(huán)反饋，使傳感器的靈敏度不受地域限制。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。 檢驗 LCD 顯示器的指標(biāo)包括以下幾個重要方面：顯示大小，反應(yīng)時間 (同步速率 )，陣列類型（主動和被動），視角，所支持的顏色，亮度和對比度，分辨率和屏幕高寬比，以及輸入接口（例如視覺接口和視頻顯示陣列）。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。 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） 20 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。 從圖 37 可看出，理想波形與實際波形之間是有 區(qū)別的，實際波形在按下和釋放的瞬間都有抖動現(xiàn)象，抖動時間的長短和按鍵的機械特性有關(guān)，一般位 5~10ms。 控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu) STC89C52 支持 片內(nèi) 8KB 閃存，在應(yīng)用編程，可通過串口實現(xiàn)在系統(tǒng)編程。 本次設(shè)計采用了串口通信協(xié)議，其電路接線如圖 44。其數(shù)據(jù)和指令的讀寫時序如圖 48 所示 。 圖 52 時鐘模塊流程圖 指南針模塊驅(qū)動 本次設(shè)計采用的是 NGY26 指南針模塊。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 55 按鍵檢測流程圖 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） 33 液晶模塊驅(qū)動 液晶顯示驅(qū)動處于系統(tǒng)的最后端，屬于人機交互界面。 四年來的學(xué)習(xí)不但使我學(xué)到了知識，更讓我學(xué)會了如何與人相處。 _nop_()。 _nop_()。 return (value)。 sck=0。 io=1。0x01。姜老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。 為防止按鍵閉合是得抖動的干擾，在驅(qū)動程序中需要加延時消抖， 以消除誤按按鍵帶來的影響。 整個系統(tǒng)監(jiān)控程序流程如圖 51 所示。微控制器只需要對KS0066 芯片進行操作便可以完成對 LCD 屏的相關(guān)操作，使用非常方便。輸入電壓低，功耗小，體積小。而矩陣鍵盤兩端都與單片機 I/O 口相連，因此在檢測時需人為通過單片機 I/O 口送出低電平。通常我們把自鎖式按鍵當(dāng)做開關(guān)使用，比如單片機試驗箱上得的源開關(guān)就是用自鎖按鍵。 DS1302 的控制字節(jié) 和數(shù)據(jù)的輸入輸出 DS1302 的控制字符表示。 DS1302內(nèi)部有一個 31 8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。 在將電荷加到透明電極之前，液晶分子處于無約束狀態(tài)，分子上的電荷使得這些分子組成了螺旋形或者環(huán)形（晶體狀）， 在有些 LCD 中，電極的化學(xué)物質(zhì)表面可作為晶體的晶種，因此分子按照需要的角度結(jié)晶，通過一個過濾片的光線在通過液芯片后偏 振防線發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而使光線能夠通過另一個偏振片，一小部分光線被偏振片吸收，但其余的設(shè)備都是透明的。 液晶的定義，現(xiàn)在已放寬而囊括了在某一溫度范圍可以是現(xiàn)液晶相，在較低溫度為正常結(jié)晶之物質(zhì)。 一個羅盤線路在與一個包括有雙模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ ADC）輸入裝置的微控制器結(jié)合后，可以與 HMC1052雙軸傳感器、低 壓雙運算放大器以及少量常用的離散元件組裝在一起。同時在系統(tǒng)的放置和校正中，應(yīng)該注意要盡量遠(yuǎn)離強磁源和 各種鐵性材質(zhì)的物質(zhì)。干涉磁場對指南針的影響可以由圖 22（指南針旋轉(zhuǎn) 360 度 時， SCU 輸出信號 VyVx 圖）進行估計。根據(jù)變化磁場的內(nèi)、外場相互關(guān)系，可以得出地球內(nèi)部電導(dǎo)率的分布。地磁場雖然很弱，但卻延伸到很遠(yuǎn)的空間，保護著地球上的生物和人類，使之免受宇宙輻射的侵害。人類對于地磁場存在的早期認(rèn)識，來源于天然磁石和磁針的指極性。然而，作為一個矢量場，磁場的性質(zhì)與電場頗為不同。這也是單片機發(fā)展的重要趨勢。片內(nèi) EPROM 由于需要高壓（ +21V 或 +12V）編程寫入，紫外線擦抹給用戶帶來不便。為此，單片機芯片制造商常與產(chǎn)品廠家合作，設(shè)計和生產(chǎn)專用的單片機芯片。 第三階段（ 1978 年 —— 現(xiàn)在）高性能單片機階段。電子指南針系統(tǒng)是一個典型的單片機系統(tǒng)，了解其工作原理及其信號處理流程有利于研究更加復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，特別是系統(tǒng)中來自國外的磁傳感器及其信號的采集芯片更是有利于研究磁場傳感器的實現(xiàn)機理，以便將其更加廣泛的應(yīng)用。 電子指南針系統(tǒng)中磁場傳感器的磁阻（ MR）技術(shù) 是 最佳的解決方法，和現(xiàn)在很多電子指南針還在使用的磁通量傳感器相比較， MR 技術(shù)不需要繞線圈而且可以用集成電路 （ IC）生產(chǎn)過程 生產(chǎn)，是一個更值得使用的解決方案。樣子象一把湯 勺，圓底，可以放在平滑的 “地盤 ”上并保持平衡，且可以自由旋轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)采用專用的磁場傳感器結(jié)合高速微控制器（ MCU）的電子指南針能有效解決這些問題。經(jīng)過多方的實驗和研究，終于發(fā)明了可以實用的指南針。 電子指南針 的形成 指南針是一個重要的導(dǎo)航工具 ，甚至在 GPS 中也會用到。 國內(nèi)有關(guān)地磁導(dǎo)航的研究還主要集中在仿真和預(yù)研階段 ,航天科工集團三院的李素敏等人運用平均絕對差法對地面所測量的地磁強度數(shù)據(jù)進行了匹配運算 ,分辨率能達(dá)到50m； 西北工業(yè)大學(xué)的晏登洋等人利用地磁導(dǎo)航校正慣性導(dǎo)航的仿真實驗取得了較高的精度。因此，還需加 1 快 3851（由 1KB ROM、定時器 /計時器和 2 個并行 I/O 構(gòu)成）才能組成 1 臺完整的計算機。 然而，有許多應(yīng)用是使用專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機。新型單片機片內(nèi) ROM 一般可達(dá) 4KB 至 8KB， RAM 為 256B。中、高檔單片機的位處理系統(tǒng)能夠?qū)?I/O 口進行尋址及位操作，大大地加強了 I/O 口線控制的靈活性。 磁場的基本特征是能對其中的運動電荷施加作用力，磁場對電流、對磁體的作用力或力距皆源于此。甚至在 人體內(nèi)，伴隨著生命活動，一些組織和器官內(nèi)也會產(chǎn)生微弱的磁場。 近地空間的地磁場，像一個均勻磁化球體的磁場，其強度在地面兩極附近還不到 1 高斯，所以地磁場是非常弱的磁場。 除外源場外，變化磁場還有內(nèi)源場。 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） 10 圖 21 跳轉(zhuǎn)技術(shù)波形圖 圖 21 是跳轉(zhuǎn)技術(shù)的波形圖， a 是得到的輸出信號， b 是濾波去除偏移后的信號， c 是翻轉(zhuǎn)后得到的原來信號。 微控制器將表征當(dāng)前磁場大小的數(shù)字量按照 角度 方位進行歸一化等處理后通過直觀的 LCD 進行 角度 方位顯示， 整個系統(tǒng)中還包含了實時時鐘等一些輔助電路，使整個系統(tǒng)功能得到進一步的擴展。若需要偏置帶，可以用另一種封裝的 HMCI052。 圖 35 KMZ52 原理圖 液晶顯示簡介 液晶是一種高分子材料，因為其特殊的物理、化學(xué)、光學(xué)特性， 20 世紀(jì)中葉開始被廣泛應(yīng)用在輕薄型的顯示技術(shù)上。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子