【導(dǎo)讀】指示靈敏度上都有一定不足。本系統(tǒng)采用專用的磁場傳感器結(jié)合高速微控制器。的電子指南針能有效解決這些問題。了電子指南針基本的工作原理及實(shí)現(xiàn)。實(shí)際測試指南針模塊精度達(dá)到1°，能夠

　　

【正文】 其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (OBJ)。目標(biāo)文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或tScope51 使用進(jìn) 行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 K e i l 集 成 開 發(fā) 環(huán) 境 C 5 1 編 譯 器 A 5 1 編 譯 器B L 5 1 連 接R T X 5 1 實(shí) 時(shí) 操 作 系 統(tǒng)L I B 5 1 庫 管 理 C 庫 文 件 O H 5 1 轉(zhuǎn) 換 器 圖 51 C51 工具包整體框圖 主監(jiān)控程序 整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中各個(gè)模塊間存在一定的先后順序且程序模塊數(shù)量較少，為了 信息電子技術(shù)學(xué)院 27 減少系統(tǒng)的程序量，設(shè)計(jì)過程中系統(tǒng)的監(jiān)控程序采用了傳統(tǒng)的前后臺方式。整個(gè)監(jiān)控程序主要由指南針模塊驅(qū)動、液晶顯示驅(qū)動、實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動和串口驅(qū)動組成。整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控程序流程如 圖 52 所示。當(dāng)系統(tǒng)上電后，最先執(zhí)行的就是對系統(tǒng)各個(gè)部件進(jìn)行初始化的代碼，其中主要包括對系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、 LCM驅(qū)動、指南針模塊以及對系統(tǒng)通信串口的初始化。系統(tǒng)初始化完成時(shí)對指南針模塊進(jìn)行讀取，此時(shí)指南針模塊將根據(jù) ADJUST 端口的電平狀態(tài)判定是否需要校正指南針，其后將得到的數(shù)據(jù)上傳至微控制器，微控制器根據(jù)得到的數(shù)據(jù)驅(qū)動LCM 進(jìn)行相應(yīng)的顯示，隨后微控制器將對系統(tǒng)鍵盤端口進(jìn)行掃描，并根據(jù)掃描得到的鍵值進(jìn)行相應(yīng)的處理。前后臺式的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但是其實(shí)時(shí)性較差。系統(tǒng)中由 于各個(gè)程序 之間相互關(guān)聯(lián)，且對實(shí)時(shí)性要求不是很高，前后臺能夠滿足其 要求。 圖 52 系統(tǒng)主程序流程圖 實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動 實(shí)時(shí)時(shí)鐘為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)采用的 PCF8583 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片采用的 I2C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 PCF8583 的操作主要是通過 I2C 總線對其內(nèi)部 RAM進(jìn)行讀寫。整個(gè)驅(qū)動流程如 圖 53 所示 。 信息電子技術(shù)學(xué)院 28 圖 53 PCF8583 驅(qū)動程序流程圖 人機(jī)界面驅(qū)動 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(jī)交互界面。直觀的液晶顯示能夠使得系統(tǒng)更容易操控。本次設(shè)計(jì)采用了 PG160128 點(diǎn)陣的 LCM 模塊。整個(gè) LCM驅(qū)動的構(gòu)架圖如 圖 54 所示。采用層次設(shè)計(jì)的驅(qū)動可以很好的移植到不同的處理器。 信息電子技術(shù)學(xué)院 29 圖 54 LCM 驅(qū)動程序構(gòu)架 鍵盤驅(qū)動 系統(tǒng)中將按鍵電路中按鍵 K K K K K5 分別與單片機(jī)的 P1 P1P1 P1 P17 引腳進(jìn)行連接，此按鍵是低電平有效，當(dāng)有鍵按下時(shí)，與按鍵相連接的單片機(jī)引腳檢測到這個(gè)信號，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理后再輸出。 指南針模塊驅(qū)動 本次設(shè)計(jì)采用的是 FAD_DCMP_SPI 指南針模塊。模塊采用 SPI 接口與 MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。整個(gè)模塊驅(qū)動包括了讀取 PNI11096 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。程序的流程如 圖 55 所示。 模 塊 M C U 讀 取P N I 1 1 0 9 6將 讀 取 到 的 數(shù) 據(jù)進(jìn) 行 歸 一 化將 數(shù) 據(jù) 封 裝 并 發(fā)送 圖 55 指南針模塊內(nèi)部程序處理流程 在整個(gè)指南針模塊程序的設(shè)計(jì)過程中最主要的也就是其數(shù)據(jù)的處理，直接關(guān)系到系統(tǒng)的精度。在還沒有處理之前從 PNI11096 讀取的數(shù)據(jù)真實(shí)的反應(yīng)了水平面內(nèi)地磁場的分布情況，如 圖 56 所示，這是均勻轉(zhuǎn)動指南針模塊得到的地磁場強(qiáng)度分布，圖中顯示地磁場強(qiáng)度在不同方向上的分布是不同的，經(jīng)過歸一化后，可以很好的將其歸一化為圓，使得在各個(gè)方向上的磁場強(qiáng)度均勻，這樣既可以方 信息電子技術(shù)學(xué)院 30 便進(jìn) 行角度計(jì)算又可以提高測量精度，如 圖 57 所示。 圖 56 未經(jīng)處理前所測得的真實(shí)磁場強(qiáng)度 圖 57 歸一化處理后的磁場強(qiáng)度 指南針模塊在第一次使用前都必須校正，系統(tǒng)上電時(shí)將模塊的 ADJUST 引腳拉低即可進(jìn)入校正狀態(tài)，將模塊在水平面內(nèi)均勻的轉(zhuǎn)動一周后校正結(jié)束。校正時(shí)主要調(diào)整的系數(shù)就是本地的磁偏角。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 正東方向的夾角，如 圖 58 所示。 信息電子技術(shù)學(xué)院 31 圖 58 角度的計(jì)算 從 圖 58 中可以看出夾角就是： )/arctan ( xyangle ? 信息電子技術(shù)學(xué)院 32 結(jié)論 所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中包含了磁場傳感器、微控制器、顯示部件、輸入部件和實(shí)時(shí)時(shí)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(qiáng)度，通過一定的運(yùn)算后由直觀的人機(jī)界面顯示出來，并可通過微控制器的串口和上 位機(jī)建立連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。 在整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中充分掌握各模塊電路的工作原理，對硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用 C 語言編寫全部的驅(qū)動程序。本系統(tǒng)用于方位指示實(shí)測精度可以達(dá)到 1176。、功耗小、顯示直觀。 由于個(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。 信息電子技術(shù)學(xué)院 33 致謝 在本論文完成之際，我首先要向我的指導(dǎo)老師孫鶴老師表達(dá)我最誠摯的謝意，感謝侯老師 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中耐心細(xì)致的指導(dǎo)！ 感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我支持的所有同學(xué)！ 我還要特別要向我的家人表示由衷的感謝，正是他們的無私奉獻(xiàn)和鼎力支持，我才能順利的完成我的學(xué)業(yè)。 向百忙之中抽出寶貴時(shí)間來評閱這篇論文的各位專家致以衷心的感謝！ 信息電子技術(shù)學(xué)院 34 參考文獻(xiàn) [1] 李廣弟 ,單片機(jī)基礎(chǔ) ,北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021. 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[10] Intel Microcontroller 信息電子技術(shù)學(xué)院 35 附錄 1 外文參考文獻(xiàn)翻譯 信息電子技術(shù)學(xué)院 36 附錄 2 電路系統(tǒng)整體原理圖 C722pFC822pFY2+C610uFR210K+5VOSCI1OSCO2INT3Vss4SDA5SCL6CLKout7Vdd8PCF8563U2PCF8563Y1C515pFD1IN4148R1100ohmBT1VCC12345678RST91210111314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40DS89C450U3DS89C450123456789COM1COM9C1+1V+2C13C2+4C25V6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1 IN13T1OUT14GND15Vcc16MAX232U1MAX232C11uFC21uFVCCC41uFC31uFVCC12 3U4A74HC12545 6U4B74HC1258910U4C74HC125111213U4D74HC125VCCR310KR510KR410KQ18550VCCD2LEDR61KVCCC910uFVCCFGND1Vss2Vdd3VL(Vo)4WR5RD6CE7C/D8NC9RSD10DB011DB112DB213DB314DB415DB516DB617DB718FS19NC20LCD 160*128D3LCMDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB71 2 3 4 5 6 7 8 9排阻S13 RPACKVCCDB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7R7VRVCCVCC1MOSI2MISO3CLK4SSnot5GND6S14 SPIMOSIMISOCLKSSNOTSSNOT CLK MISO MOSIVCCS6SWPB4S7SWPB4S10SWPB4S11SWPB4S12SWPB412J1CON2VCC 信息電子技術(shù)學(xué)院 37 附錄 3 電路系統(tǒng) PCB 圖 1 2122146811413101397512401731 29 28 24 23 22 211 2 10 1187654 19189 14 15 203233343536373839163 12 1325262730651 8432 716 12 11 98131454 62 31157101 52 3 6419876543242 3142 3142 3142 3142 311 3221211 21 2122121321108765421 1817161514131211 20199312A K87432 61 5 92 121212 11 21212122 112 信息電子技術(shù)學(xué)院 38 附錄 4 電路系統(tǒng)元件清單 序號 元件標(biāo)號 元件名稱 封裝形式 注釋 數(shù)量 1 BT1 BATTERY 2 C1, C2, C3, C4 CAPACITOR 3 C5 CAP 15pF 1 4 C6, C9 CAPACITOR, CAPACITOR POL 5 C7, C8 CAP 22pF 2 6 COM1 COM9 SIP9 COM9 1 7 D1 DIODE IN4148 1 8 D2 LED 9 D3 LCM SIP20 LCM 1 10 J1 CON2 SIP2 電源接口 1 11 Q1 PNP TO46 8550 1 12 R1 RES2 100ohm 1 13 R2, R3, R4, R5 RES2 10K 4 14 R6 RES2 1K 1 15 R7 VR VR1 VR 1 16 S6, S7, S10, S11, S12 SWPB4 SW4 SWPB4 5 17 S13 RPACK SIP9 RPACK 1 18 S14 SPI SIP6 SPI 1 19 U1 MAX232 DIP16 MAX232 1 20 U2 PCF8563 DIP8 PCF8563 1 21 U3 DS89C450 DIP40 DS89C450 1 22 U4 74LS125 DIP14 74HC125 1 23 Y1 CRYSTAL XTAL1 1 24 Y2 CRYSTAL XTAL1 1