【正文】 //連續(xù)的讀取內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù) //模擬 iic 使用函數(shù) void HMC5883_Start()。 //單個(gè)寫入數(shù)據(jù) uchar Single_Read_HMC5883(uchar REG_Address)。 void conversion(uint temp_data)。 void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc)。 void Init_HMC5883(void)。 //變 量 void delay(unsigned int k)。 //接收數(shù)據(jù)緩存區(qū) uchar ge,shi,bai,qian。 typedef unsigned short WORD。 //LCD1602 讀寫 sbit LCM_EN=P2^2。 //IIC 數(shù)據(jù) sbit LCM_RS=P2^0。 第 21 頁 參考文獻(xiàn) [1] 邵婷婷，馬建倉 .電子羅盤的傾斜及羅差補(bǔ)償算法研究 [J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)， 2020 [2] 三軸磁阻傳感器 中文規(guī)格說明書． [3] 液晶屏中文規(guī)格說明書． [4] 華成英 .電子技術(shù) [M].北京 .中央廣播電視大學(xué)出版社， 2020 [5] 周國運(yùn) .單片機(jī)原理及應(yīng)用（ C 語言版） .北京：中國水利水電出版社， 2020 [6] 譚浩強(qiáng) .c程序設(shè)計(jì) .北京：清華大學(xué)出版社， 2020 第 22 頁 附錄 A: 電子指南針整機(jī)電路圖和實(shí)物圖 圖 A1 系統(tǒng)整機(jī)電路原理圖 第 23 頁 圖 A2 實(shí)物 圖 第 23 頁 附錄 B: 1602液晶模塊字符存儲(chǔ)器 第 24 頁 附錄 C: 電子指南針程序源代碼 主程序 : //*************************************** // HMC5883 //**************************************** include include include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define DataPort P0 //LCD1602 數(shù)據(jù)端口 sbit SCL=P1^0。在此，我 們 還要感謝 幫助我們答疑解惑的同學(xué)們 ，正是由于你們的幫助和支持，我 們 才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至 設(shè)計(jì) 的順利完成。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 王 老師都始終給予我 們 細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 第 20 頁 致謝 本小組的智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是在我 們 的導(dǎo)師 王老師 的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 此次智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)是學(xué)生大學(xué)學(xué)習(xí)階段的一個(gè)重要的學(xué)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，它既能增強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)課程內(nèi)容的理解和綜合，也能培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用及設(shè)計(jì)能力，同時(shí)，還可以拓寬課程內(nèi)容和培養(yǎng)創(chuàng)新意識。使自己在專業(yè)知識和動(dòng)手能力上有了很大的提高。鍛煉了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和通過查看相關(guān)資料來解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力。 在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路，要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為交流提供了方便，為以后編程打下基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)本身就比較簡單， 整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中每一步都是大家親自做過的，在經(jīng)過遇到問題，思索問題到解決問題的過程中，收獲是最多的。通過本設(shè)計(jì)鍛煉了我 們的實(shí)踐能力，也是對以后我們實(shí)際工作能力的訓(xùn)練和考察過程。在以后的實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)注意這些軟件設(shè)計(jì)上的問題，讓系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定流暢。 在設(shè)計(jì)中，模擬 IIC 通訊是非常重要的軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，軟件的優(yōu)化可以為 通信節(jié)省更多的資源和時(shí)間，我們采用了 51 單片機(jī)狀態(tài)寄存器的 CY 位作為通信數(shù)據(jù)位進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，免去重新在 RAM 里定義數(shù)據(jù)變量，做到了一個(gè)資源優(yōu)化。但 LCD1602 液晶為單色字符液晶，顯示能力有限，如果采用更高級的嵌入式處理器，擁有足夠的速度和存儲(chǔ)器，可以采用 TFT 液晶等較好的顯示設(shè)備，將人機(jī)界面做得更加完善。 圖 液晶顯示圖 第 19 頁 圖 整體硬件調(diào)試圖 第 20 頁 該電子指南針設(shè)計(jì)模塊簡單，可集成性好，測量偏差 176。具體流程圖如下： 圖 系統(tǒng)總體軟件流程圖 開始 初始各模塊 獲取傳感器數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理 判斷、顯示方位 轉(zhuǎn)換為液晶顯示數(shù)據(jù) 顯示角度信息 第 18 頁 STC12LE 系列低功耗單 片機(jī)的正常電壓為 ，但 LCD1602 液晶的對比度電壓要高于 5V 才能看出顯示效果，最初采用 供給整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)液晶上無顯示，后來將系統(tǒng)電源調(diào)至 5V， LCD1602 就可以正常顯示了，而經(jīng)測試， STC12LE 單片機(jī)是可以在 5V 條件下進(jìn)行工作的。得到度數(shù)后，根據(jù)我們預(yù)先設(shè)定好的角度范圍，判斷當(dāng)前所在哪個(gè)方位，并在LCD1602 上顯示，然后將其乘以 10 倍，變?yōu)檎麛?shù)，通過轉(zhuǎn)換，在 LCD1602 上顯示與南極夾角的值，具體設(shè)計(jì)思路如下： 圖 LCD1602人機(jī)界面軟件流程圖 系統(tǒng)總統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)總體思路是將 HMC5883L 得到的信息送至單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，再轉(zhuǎn)換為液晶顯示數(shù)據(jù)在 LCD1602 上進(jìn)行顯示，得到當(dāng)前的方位信息 與角度信息，由于硬件模塊較少，所以很大部分工作放在了軟件上， STC12 單片機(jī)是一款 1T 單片機(jī)，晶振為 ，處理速度較快，在延時(shí)上不好把握，用定時(shí)器又太浪費(fèi)資源，而本設(shè)計(jì)在一些模塊時(shí)序上對延時(shí)有一定要求，所以本設(shè)計(jì)借用了別人驗(yàn)證好的一套運(yùn)用在開始 處理傳感器信息 判斷、顯示方位 轉(zhuǎn)換為液晶顯示數(shù)據(jù) 顯示夾角 結(jié)束 第 19 頁 STC12 單片機(jī)上的延時(shí)函數(shù)集，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。我們從 HMC5883L 得出地磁方向在 X 與 Y 軸上的磁場強(qiáng)度分量，采用 atan2( )這個(gè)函數(shù)得出其與地理北極之間的夾角（弧度），再通過弧度到角度的轉(zhuǎn)換，得到角度值，最后加上 180176。下面是 1602 與單片機(jī)的連線圖。如果我們要想顯示這 8 個(gè)用戶自定義 的字符，操作方法和顯示 CGROM 的一樣，先設(shè)置 DDRAM 位置，再向 DDRAM 寫入字符碼，顯示是直接取 CGRAM 的數(shù)據(jù)。這是令初學(xué)者很容易出錯(cuò)的地方，原因就是如果你要想在 DDRAM 的 00H 地址處顯示數(shù)據(jù)，則必須將 00H 加上 80H，即 0x80+0x00，若要在 DDRAM 的 01H 處顯示數(shù)據(jù)，則必須將 01H加上 80H 即 0x80+0x01,依次類推。 其基本操作時(shí)序： 第 14 頁 讀狀態(tài) 輸入： RS=L， RW=H， E=H 輸出： DB0～ DB7=狀態(tài)字 寫指令輸入： RS=L， RW=L， E=下降沿脈沖， DB0～ DB7=指令碼 輸出：無 讀數(shù)據(jù)輸入： RS=H， RW=H， E=H 輸出： DB0～ DB7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)輸入： RS=H， RW=L， E=下降沿脈沖， DB0～ DB7=數(shù)據(jù) 輸出：無 圖 讀操作時(shí)序 圖 寫操作時(shí)序 數(shù)據(jù)指針設(shè)置 ： 表 數(shù)據(jù)指針設(shè)置表 指令碼 功能 80H+地址碼（ 027H， 40H67H） 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 第 15 頁 在 1602 中我們 就用前 16 個(gè)就行了 ,第二行也一樣用前 16個(gè)地址。 DDRAM 就是顯示數(shù)據(jù) RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 3 腳 ： V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 其引腳圖和引腳說明如下： 圖 LCD1602引腳圖 第 13 頁 第 1 腳 ： VSS 為電源地 。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形 。其與單片機(jī)的連線圖如下圖所示。 為將地址指針移到隨機(jī)存儲(chǔ)器位置，首先發(fā)出一個(gè) “ 寫 ” 到寄存器地址，在指令后不帶數(shù)據(jù)位 。地址指針本身不能通過 I2C總線被讀取。為了盡量減少主機(jī)和裝置之間的通信，無主機(jī)干預(yù)下地址指針自動(dòng)更新。該裝置使用地址指針來顯示該寄存器地點(diǎn)是被 第 12 頁 讀取或?qū)懭?。所有地址?8 bits。這樣，在所有測量中傳感器的內(nèi)部偏差和溫度漂移差值就可以被移除 /抵消了。每次測量時(shí)， ASIC會(huì)自動(dòng)完成置位 /復(fù)位。這一置位 /復(fù)位帶在很大程度上是一種電阻性負(fù)載。C總線占用的時(shí)間比必需的時(shí)間長 。要求主機(jī)的活動(dòng)（寄存器的讀取和寫入）優(yōu)先于內(nèi)部活動(dòng)，例如：測量。這一裝置可以支持標(biāo)準(zhǔn)和快速模式，分別為 100kHz和 400kHz，但不支持高速模 式 (Hs)。該裝置將作為從機(jī)在一個(gè)主機(jī) (例如：處理器 )的控制下連接總線。C接口 控制該裝置可以通過 I178。第一個(gè)是內(nèi)部運(yùn)作的 VDD供電電源，第二個(gè)是為IO接口供電的 VDDIO電源，當(dāng)然 VDDIO的電壓可以與 VDD電 源相近；單電源模式，或在 VDDIO 電壓低于 VDD 的情況下， HMC5883L都能正常運(yùn)作并能與其他裝置兼容。因?yàn)檩敵鲋慌c沿軸方向上的磁阻元件成比例，其他磁阻電橋也放置在正交方向上，就能精密測量其他方向的磁場強(qiáng)度。在磁場存在的情況下，橋式電阻元件的變化將引起跨電橋輸出電壓的相應(yīng)變化。通過施加供電電源，傳感器可以將量測軸方向上的任何入射磁場轉(zhuǎn)變成一種差分電壓輸出。 TTL/CMOS 第 10 頁 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DP9 插頭； DP9插頭的 RS232數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出 第三部分是供電 ： 15 腳 DNG、 16腳 VCC（ +5v）。 MAX23 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分： 第一部分是電荷泵電路 ： 由 6 腳和 4只電容構(gòu)成，功能是產(chǎn)生 +12v和 12v 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 串口也稱串行通信接口， RS232 是目前最常用的一種串行通訊接口 ， 由于其形狀和針腳數(shù)量的原因，其接頭又被稱為 DB9 接頭 。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 第 9 頁 串口電路 串口電路為單片提供與 PC 機(jī)連接端口，為單片機(jī)提供下載程序到單片機(jī)程序存儲(chǔ)器中。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。 復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過程。單片機(jī)最 小系統(tǒng)如下圖 。本次系統(tǒng)采用干電池供電，在此不在贅述此穩(wěn)壓電源電路原理。 電子設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。 結(jié)合以上各方案選擇及設(shè)計(jì) 思路可得出以下總體方案框圖。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量結(jié)果的準(zhǔn)確性。磁場傳感器可以分別測量 Hex、 Hey、 Hez，并將其大小轉(zhuǎn)化為相應(yīng)強(qiáng)弱的電信號。由圖可知 tanα =Hey/Hex,所以只要求出 y、 x軸上的磁場強(qiáng)度之比 Hey／ Hex，即可得到方位角α的正切值。 x軸與南極的實(shí)際夾角大小為（α +λ）。 8051 CPU