【文章內(nèi)容簡介】 和環(huán)境磁場(chǎng)在橋路加上供電電壓時(shí)， HMC1052 傳感器就會(huì)將磁場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 HMC1052 包括兩個(gè)敏感軸相互垂直的敏感元件，敏感元件 A 和 B 在單硅芯片中共存，參數(shù)匹配和完整正交，體積小，低工作電壓，兩個(gè)敏感元件產(chǎn)生的非正誤差消除完全。除惠斯通電橋， HMC1052 有兩個(gè)磁耦合帶在芯片上，偏置帶和置位 /復(fù)位帶。置位 /復(fù)位帶是敏感元件 A 和 B都具有的，以此保證精度。校正傳感器是通過偏置帶進(jìn)行校正，也可以偏置所有不需要的磁場(chǎng)。在 10 針形狀中 ,兩個(gè)敏感元件都能單獨(dú)上電，這樣能夠利于削減功耗。不過，卻不能利用偏置帶。若使用偏置帶，不妨用其他封裝類型的 HMC1052。 HMC1052 傳感器引腳圖如圖 所示： 圖 HMC1052 傳感器引腳圖 方案二 :采用 Philips公司生產(chǎn)的 KMZ52感應(yīng)磁場(chǎng)傳感器 一種可以使用坡莫合金薄片所具有的磁阻效應(yīng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)的高靈敏度磁阻傳感器由 Philips 公司生產(chǎn)，這種傳感器就是 KMZ52。完整的補(bǔ)償線圈和設(shè)置 /復(fù)位線圈、兩個(gè)正交磁敏電阻橋在這種磁阻傳感器中內(nèi)置。抵償線圈的輸出能夠與目前測(cè)試成績構(gòu)成閉環(huán)反饋，所以可以讓傳感器靈敏度不會(huì)受到地域的限制。在導(dǎo)航、通用地磁測(cè)量與交通檢測(cè)上，這種磁阻傳感器有很大的作用。有厚度的高磁導(dǎo)率的坡莫合金在這種磁阻傳感器金屬鋁的表面積累下來，在 翻轉(zhuǎn)線圈和外界磁場(chǎng)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。電子在正反向磁場(chǎng)力作用下有較好的對(duì)稱性是通過 KMZ52 的斑馬條電阻成 45176。放置實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樘砑恿诵D(zhuǎn)磁場(chǎng)， KMZ52的變換曲線與通常的磁敏電阻不一樣，加倍線性化。由 4 個(gè)磁敏感元件構(gòu)成的磁阻橋臂叫惠斯通電橋， KMZ52 磁阻傳感器的核心部分，長而薄的坡莫合金薄膜制造成了磁敏感元件。當(dāng)存在外加磁場(chǎng)時(shí)，磁阻的變化引發(fā)輸出電壓的變化。 KMZ52傳感器引腳圖如圖 ： 1234567891 0BAG N D ( B )O U T + ( B )G N D 2 ( A )O U T + ( A )V B R ID G EO U T ( A )G N D 1 ( A )S /R _O U T _ ( B )S /R + 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 41 頁 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 帶有數(shù)字接口、包含最新的高分辨率 HMC118X 系列磁阻傳感器的霍尼韋爾 HMC5883L 弱磁傳感器芯片，而且表面貼裝有高集成模塊，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動(dòng)消磁驅(qū)動(dòng)器、偏差校準(zhǔn)、能使指南針精度控制在 1~2 的 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。簡易的 I2C 系列總線接口。HMC5883L 芯片選用無鉛表面封裝技能，一共 16 個(gè)引腳，尺寸是 。 HMC5883L可以應(yīng)用在消費(fèi)類電子、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)與個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)。 HMC5883L 芯片選用各向異性磁阻 (AMR)技能，該 技能具有在軸向高靈敏度和線性高精度的特點(diǎn)。這種傳感器范圍從負(fù) 8 高斯到 8 高斯，擁有的對(duì)正交軸的低靈敏度的固相構(gòu)造可以很好的測(cè)量測(cè)量地球磁場(chǎng)的方向和大小。低磁場(chǎng)傳感器行業(yè)中最靈敏、最可靠傳感器就是霍尼韋爾的磁傳感器。 HMC5883L傳感器引腳圖如圖 ： 圖 HMC5883L 傳感器引腳圖 通過對(duì)各傳感的比較， HMC5883L 三軸磁阻傳感器和 ASIC都被封裝在一起了，不用外接 ASIC，加上 12bit ADC 與低干預(yù) AMR 傳感器，內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，可以在 8 高斯的磁場(chǎng)中達(dá)到 2 毫高斯的分辨率，更加優(yōu)勝。綜上我 們采用方案三 ，利用霍尼韋爾 HMC5883L各向異性磁阻傳感電路 。 AT 系列和 STC 系列單片機(jī)的選擇： AT89C 系列的單片機(jī)存在不能進(jìn)行在線編程的缺點(diǎn)。 AT89S和 STC系列都可以 ISP 在線編程， AT 系列采用并口編程方法， STC系列是通過串口在線編程。因此STC 的編程方式更為容易也較普遍，正因?yàn)槿绱?，我選擇 STC 系列。 51 和 52 系列的選擇： 51 系列有 4k 存儲(chǔ)空間，而 52 系列有 8k 存儲(chǔ)空間，容量比 51 大。根據(jù)以上分析，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用STC89C52 芯片， STC89C52 是一款功 耗低，高性能的 8 位 CMOS 微控制器，具有 8K 可編程 Flash 存儲(chǔ)器，方便下載程序，性價(jià)比高，能較好的適應(yīng)本實(shí)驗(yàn)要求。 14328765910111213141516YXSCLVDDNCS 1NCNCNCNCSETCGN DC 1GN DVOOIODADYSDA 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 41 頁 方案一 :采用 LED 數(shù)碼管顯示。 LED 數(shù)碼管具有接口電路簡單，亮度大，價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)就是只能顯示簡單字母和數(shù)字，而設(shè)計(jì)中要求顯示角度、字母、數(shù)字等多個(gè)信息，使用數(shù)碼管會(huì)使得硬件電路設(shè)計(jì)繁瑣，而且連線復(fù)雜，再加上單片機(jī)接口欠缺，不夠使用，因此不采用此方案。 方案二 :采用 LCD1602 液晶屏顯示。 LCD1602 使用非常普遍，在生活中很多地方都能見到LCD1602 液晶顯示屏，例如計(jì)算器，遙控器，家用電器等，它主要用來顯示數(shù)字，字母，專用字符和圖形，擁有顯示成果高、功耗低、體積小等長處，除此之外， LCD1602 選用數(shù)字式接口，和單片機(jī)之間的連線簡單，故采用 LCD1602來顯示方向和度數(shù)。 電源選擇說明 電源作為電子系統(tǒng)的重要組成部分，缺少電源所以電器設(shè)備均不能正常工作，因此說電源問題非常重要。在電壓為 5V 的情況下， LCD1602 液晶和 51 單片機(jī)都可以正常工作，可以想到指南針通常在室外使用，需要能夠時(shí)間長，對(duì)電源的要求比較高，而實(shí)際生活中很難找到 5V 電源 ，所以這是第一個(gè)要解決的問題。經(jīng)過對(duì) LCD1602和 52單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn) 4V 至 6V 都可以使他們正常的工作，于是選用身邊最典型 干電池就能夠解決這個(gè)問題，所以本設(shè)計(jì)采用干電池供電來解決電源問題。 圖 是地球某一點(diǎn)的地球磁場(chǎng)向量 He 的三維圖，其中 x 軸和 y 軸與地球表面平行， x 為前進(jìn)方向， y 為水平面上垂直 x 的方向， He 為地磁場(chǎng)強(qiáng)度， Hex、 Hey 分別為 He 在 x、 y 方向的水平分量，α為前進(jìn)方向與磁場(chǎng)北極的夾角，稱做方位角；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。磁場(chǎng)傳感器可以分別測(cè)量 Hex、Hey、 Hez，并將其大小轉(zhuǎn)化為相應(yīng)強(qiáng)弱的電信號(hào)。但本系統(tǒng)并只做了 X 和 Y方向的測(cè)量。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。測(cè)量原理分析圖如圖 ： 圖 測(cè)量原理分析圖 通過以上測(cè)量分析思路所得傳感器信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)預(yù)處理和算法補(bǔ)償后在上傳到LCD1602A 液晶屏上顯示。本設(shè)計(jì)選用 STC89C52 單片機(jī)為核心的低成本、高精度、數(shù)字顯示電子指南針的硬件電路和 軟件設(shè)計(jì)方法。整個(gè)電路由電源、磁阻傳感器、單片機(jī)最小系統(tǒng)以及 LCD 液晶顯示構(gòu)成?？傮w設(shè)計(jì)方案如圖 ： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 41 頁 圖 總體方案設(shè)計(jì)框圖 磁阻傳感器 HMC 5883 L單片機(jī)最小系統(tǒng)LCD 液晶顯示器I 2C 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 41 頁 3 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 電子指南針的硬件設(shè)計(jì)主要包括主控芯片（ STC89C52），顯示部分 LCD1602， HMC5883L各向異性磁阻傳感器，開關(guān)部分和電源部分組成。 低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具備 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 STC89C52由 STC公司生產(chǎn)。 STC89C52利用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核 ，在此基礎(chǔ)上那個(gè)做了許多的創(chuàng)新使得芯片擁有傳統(tǒng) 51單片機(jī)沒有的功能。單芯片上，有 8 位 CPU 與在系統(tǒng)可編程的 Flash，這樣 STC89C52就可以為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供高靈活、有用的解決方案。具有 8k字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路， 3個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4個(gè)外部中斷，一個(gè) 7向量 4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié) 電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，容許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)完全停止工作，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T可選。 STC89C52器件參數(shù)如下： 8051單片機(jī)， 6時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； ： ～ （ 5V單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)）； ： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz； 8K字節(jié)； 512 字節(jié) RAM； I/O 口（ 32 個(gè)），復(fù)位后為： P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻； （在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片； EEPROM 功能； 3 個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、 T T2； 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 11. 通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 12. 工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃（商業(yè)級(jí)）； 13. PDIP封裝。 STC89C52 單片機(jī)的工作模式： 掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序 空閑模式：典型功耗 2mA 正常工作模式：典型功耗 4mA～ 7mA 掉 電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備 STC89C52引腳圖如圖 ： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 41 頁 STC89C521234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 04 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 32 22 1 T 2 / P 1 . 0T 2 E X / P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3 P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7 R S T R X D / P 3 . 0 T X D / P 3 0 1 I N T 0 / P 3 . 2 I N T 1 / P 3 . 3 T 0 / P 3 . 4 T 1 / P 3 . 5 W R / P 3 . 6 R D / P 3 . 7 X T A L 2 X T A L 1 V S SV C CP 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 /