【正文】 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(chéng)摯的謝意，感謝侯老師 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)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(wú)私奉獻(xiàn)和鼎力支持，我才能順利的完成我的學(xué)業(yè)。、功耗小、顯示直觀。 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(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用 C 語(yǔ)言編寫全部的驅(qū)動(dòng)程序。將磁場(chǎng)強(qiáng)度歸一化后，直接對(duì) 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。 圖 56 未經(jīng)處理前所測(cè)得的真實(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度 圖 57 歸一化處理后的磁場(chǎng)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(dòng)一周后校正結(jié)束。 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(guò)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。整個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)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(guò) SPI 時(shí)序發(fā)送數(shù)據(jù)幾個(gè)部分。 指南針模塊驅(qū)動(dòng) 本次設(shè)計(jì)采用的是 FAD_DCMP_SPI 指南針模塊。采用層次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)可以很好的移植到不同的處理器。本次設(shè)計(jì)采用了 PG160128 點(diǎn)陣的 LCM 模塊。 信息電子技術(shù)學(xué)院 28 圖 53 PCF8583 驅(qū)動(dòng)程序流程圖 人機(jī)界面驅(qū)動(dòng) 液晶模塊驅(qū)動(dòng) 液晶顯示驅(qū)動(dòng)處于系統(tǒng)的最后端，屬于人機(jī)交互界面。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(duì)它的所有操作直接通過(guò)對(duì)其內(nèi)部線性的 CMOS RAM區(qū)進(jìn)行操作即可即對(duì) PCF8583 的操作主要是通過(guò) I2C 總線對(duì)其內(nèi)部 RAM進(jìn)行讀寫。系統(tǒng)中由 于各個(gè)程序 之間相互關(guān)聯(lián)，且對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是很高，前后臺(tái)能夠滿足其 要求。系統(tǒng)初始化完成時(shí)對(duì)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(dòng)LCM 進(jìn)行相應(yīng)的顯示，隨后微控制器將對(duì)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。整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控程序流程如 圖 52 所示。 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(kù) 管 理 C 庫(kù) 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(guò)程中系統(tǒng)的監(jiān)控程序采用了傳統(tǒng)的前后臺(tái)方式。目標(biāo)文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。 信息電子技術(shù)學(xué)院 26 第 5章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 軟件編寫環(huán)境簡(jiǎn)介 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) c 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， c 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。鍵盤的讀取采用掃描的形式，當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，消抖動(dòng)后進(jìn)行鍵值判斷。 圖 411 T6963C 通信時(shí)序圖 系統(tǒng)輸入電路 系統(tǒng)采用了 5 鍵輸入以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的設(shè)定，如系統(tǒng)時(shí)間的調(diào)整和菜單的選擇。微控制器只需要按照 T6963 給定的指令格式進(jìn)行相應(yīng)的操作即可。 FS=1 選 8*6 點(diǎn)陣； FS=0 選 8*8 點(diǎn)陣。 VSS 數(shù)字地 VDD 邏輯電源 +5V Vo(Vadj) 對(duì) 比度調(diào)節(jié) VEE 液晶驅(qū)動(dòng)電源 /WR 寫 /RD 讀 /CE 片選 C//D 指令數(shù)據(jù)通道 /RST 復(fù)位信號(hào)，可通過(guò)對(duì) +5V 接 電阻，對(duì)地接 電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。 模塊內(nèi)部原理如 圖 410 所示。 本次設(shè)計(jì)采用了 160 128 點(diǎn)陣的單色液晶顯示屏（ LCD）作為系統(tǒng)的顯示界面，具體的型號(hào)為 PG160128，該 LCM 采用了 T6963C 控制芯片作為顯示控制核心。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設(shè)備。 其時(shí)序結(jié)構(gòu)如 圖 49 所示。在 SCL 線是高電平時(shí)， SDA 線從高電平向低電平切換這個(gè)情況表示起始條件。 在 I2C 總線上數(shù)據(jù)的發(fā)送是由主機(jī)來(lái)初始化總線。 總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘（ SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。 應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的 IC 在接收到 8bit 數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的 IC 發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。 開始信號(hào)： SCL 為高電平時(shí)， SDA 由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中， I2C 總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。 I2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時(shí)鐘 SCL 構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 圖 48 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 PCF8583 采用了 I2C 總線的形式與外界傳輸數(shù)據(jù)。由于本次使用的 DS89C450 內(nèi)部沒有 I2C 控制器， 信息電子技術(shù)學(xué)院 21 所以直接使用了芯片的 I/O 口模擬了 I2C 時(shí)序。 整個(gè) PCF8583 的操作都是基于其內(nèi)建的 CMOS RAM，通過(guò)對(duì)其不同地址的RAM 的操作可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。 圖 47 SPI 時(shí)序圖 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 系統(tǒng)采用了 PCF8583 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 由于 SPI 系統(tǒng)總線一共只需 3～ 4 位數(shù)據(jù)線和控制即可實(shí)現(xiàn)與具有 SPI 總線接口功能的各種 I/O 器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要 8 根數(shù)據(jù)線、 8～ 16位地址線、 2～ 3 位控制線，因此，采用 SPI 總線接口可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和 I/O 口線，提高設(shè)計(jì)的可靠性。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這就是 SCK 時(shí)鐘線存在的原因，由 SCK 提供時(shí)鐘脈沖， SDI， SDO 則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。 接下來(lái)就負(fù)責(zé)通訊的 3 根線了。 （ 1） SDO – 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入 （ 2） SDI – 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出 （ 3） SCLK – 時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生 （ 4） CS – 從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制 其中 CS 是控制芯片是否被選中的，也就是說(shuō)只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)（高電位或低電位），對(duì)此芯片的操作才有效。 SPI 的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少 4 根線，事實(shí)上 3 根也可以（用于單向傳輸時(shí)，也就是半雙工方式）。 SPI(Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口 )總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。經(jīng)過(guò)模塊封裝的數(shù)據(jù)格式如 表 41 所示 。該模塊采用的正是 PNI11096和 SENR65 傳感器組合的設(shè)計(jì)方案。由于 DS89C450 進(jìn)入在系統(tǒng)編程需要幾個(gè)條件： ⑴ 復(fù)位引腳電平為高； ⑵ EA 引腳為低電平； ⑶ PSEN 引腳為低電平。整個(gè)通過(guò)串口 DTR 引腳控制在系統(tǒng)編程電路如 圖 46 所示。 通信部分電路圖 如 圖 45 所示。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會(huì)判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否 信息電子技術(shù)學(xué)院 18 不同步。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位位 1，這樣就有 3 個(gè)邏輯高位。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí) 也越慢。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。 c、停止位：用于表示單個(gè)包的最后一位。每個(gè)包是指一個(gè)字節(jié)，包括開始 /停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。擴(kuò)展的 ASCII 碼是 0～ 255（ 8 位）。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。 b、數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為 4800Hz。例如 300 波特表示每秒鐘發(fā)送 300 個(gè) bit。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配： a、波特率：這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。其他線用于握手，但是不是必須的。通信使用 3 根線完成：（ 1）地線，（ 2）發(fā)送，（ 3）接收。比如 IEEE488 定義并行通行狀 信息電子技術(shù)學(xué)院 17 態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總長(zhǎng)不得超過(guò) 20 米，并且任意兩個(gè)設(shè)備間的 長(zhǎng)度不得超過(guò) 2米；而對(duì)于串口而言，長(zhǎng)度可達(dá) 1200 米。盡管比按字節(jié)（ byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。由于其所需電纜線少，接線簡(jiǎn)單，所以在較遠(yuǎn)距離傳輸中，得到了廣泛的運(yùn)用。 控制部分電路如 圖 44 所示，其中包含了微控制器、 LCD 接口電路、端口上拉電阻、系統(tǒng)時(shí)鐘電路和指南針模塊接口電路。 LCM 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(shí)刷新。 M O S I1NC2S S N O T3A V dd4A V s s5+ Z D R V6+ Z I N7ZIN8ZDRV9+YDRV10+YIN11DVdd12YIN13YDRV14+ X D R V15+ X I N16 X I N17 X D R V18D V s s19NC20C O M P21RESET22DRDY23DHST24REXT25VSTBY26SCLK27MISO28M O D U L _P A C KR 25100 kR 21100 RR 22100 RR 23100 RR 24100 RL1L2+5C 21104R _P O W E R510 R+5D _ P O W E RP1.51P1.62P1.73RST4P3.0/RXD5P4.3/INT26P3.1/TXD7P3.2/INT08P3.3/INT19P3.4/T010P3.5/T111P 3. 6/ W R12P 3. 7/ R D13X T A L 214X T A L 115V S S16P 4. 017P 2. 0/ A 818P 2. 1/ A 919P 2. 2/ A 1020P 2. 3/ A 1121P 2. 4/ A 1222P2.5/A1323P2.6/A1424P2.7/A1525PSEN26ALE/PROG27P4.128EA/VPP29P0.7/AD730P0.6/AD631P0.5/AD532P0.4/AD433P 0. 3/ A D 334P 0. 2/ A D 235P 0. 1/ A D 136P 0. 0( A D 0)37V D D38