【正文】 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM的 31 個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。 此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM 相關(guān)的寄存器等。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位 7。最低有效位 (位 0)如為 0 表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最 低位開始輸出?？刂谱止?jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù) 。 SCLK 始終是輸入端。只有在 SCLK 為低電平時，才能將RST 置為高電平。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。當(dāng) Vcc2大于 Vcc1+ 時， Vcc2 給 DS1302 供電。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。 DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細(xì)電流充電的能力。采用 三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。上下偏振片為正交或平行方向時顯示表現(xiàn)為常白或常黑模式。如果使用平行偏振片則相反。 由另一側(cè)射出，正交偏振片起到透光的作用；如果在液晶盒上施加一定值的電壓，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） 19 液晶長軸開始沿電場方向傾斜，當(dāng)電壓達(dá)到約 2 倍閾值電壓后，除電極表面的液晶分子外，所有液晶盒內(nèi)兩電極之間的液晶分子都變成沿電場方向的再排列，這時 90176。 顯示原理 利用液晶的基本性質(zhì)實現(xiàn)顯示。 為了省電， LCD 顯示采用復(fù)用的 方法，在復(fù)用模式下，一端的電極分組連接在一起，每一組電極連接到一個電源，另一端的電極也分組連接，每一組連接到電源另一端，分組設(shè)計保證每個畫素由一個獨立的電源控制，電子設(shè)備或者驅(qū)動電子設(shè)備的軟件通過控制電源的開 /關(guān)序列，從而控制畫素的顯示。 將電荷加到透明電極上后，液晶分子將順著電場方向排列，因此限制了透過光線偏振方向的旋轉(zhuǎn)，假如液晶分子被完全打散，通過的光線其偏振方向?qū)⒑偷诙€偏振片完全垂直，因此被光線完全阻擋了，此時畫素不發(fā)光，通過控制每個畫素中液晶的旋轉(zhuǎn)方向，我們可以控制照亮畫素的光線，可多可少。 液晶分子本身帶有電荷，將少量的電荷加到每個畫素或者子畫素的透明電極，則液晶的分子將被靜電力旋轉(zhuǎn)，通過的光線同時也被旋轉(zhuǎn)，改變一定的角度，從而能夠通過偏振過濾片。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。它兼有液體和晶體的某些特點，表現(xiàn)出一些獨特的性質(zhì)。將液晶倒入一個經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子會順著槽 排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。 大多數(shù)液晶都屬于有機復(fù)合物，由長棒狀的分子構(gòu)成。從技術(shù)上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無鈉玻璃素材，稱為 Substrates，中間夾著一層液晶。 物理特性 當(dāng)通電時導(dǎo)通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。而液晶的組成物質(zhì)是一種有機化合物，也就是以碳為中心所構(gòu)成的化合物。液晶相要具有特殊形狀分子組合始會產(chǎn)生，它們可以流動，又擁有結(jié)晶的光學(xué)性質(zhì)。 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。磁敏感元件由長而薄的坡莫合金薄膜制成。由于加青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 入了翻轉(zhuǎn)磁場， KMZ52 的變化曲線與普通的磁敏電阻不同，更加線性化。同時 KMZ52的斑馬條電阻成 45176。這種磁阻傳感 器主要應(yīng)用于導(dǎo)航、通用地磁測量和交通檢測。該磁阻傳感器內(nèi)置兩個正交磁敏電阻橋、完整的補償線圈和設(shè)置／復(fù)位線圈。雖然這不是一個完全的三軸傾斜補償?shù)牧_盤設(shè)計結(jié)構(gòu)，該參考設(shè)計可以用于各種電平平臺或用戶的校平系統(tǒng)，如手表等。該參考設(shè)計結(jié)構(gòu)是針對那些希望采用現(xiàn)成的模擬和數(shù)字元件就能取得主要的羅盤功能的產(chǎn)品開發(fā)者設(shè)計的。若需要偏置帶，可以用另一種封裝的 HMCI052。在標(biāo)準(zhǔn)的 10 針外形 (MSOP)中，兩個敏感元件可以獨立上電，用于減少功耗。置位 / 復(fù)位帶，用于確保精度。 除了惠斯通電橋， HMCI052 有兩個位于芯片上的磁耦合帶；偏置帶和置位 / 復(fù)位帶。敏感元件 A 和 B,共存于單硅芯片中，完全正交，且參數(shù)匹配。 當(dāng)橋路加上供電電壓，傳感器將磁場強度轉(zhuǎn)化為電壓輸出，包括環(huán)境磁場和測量磁場。 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） 15 系統(tǒng)其他模塊 簡介 整個系統(tǒng)除包含單片機做 位中央控制器外，還包括了指南針模塊、液晶顯示模塊、實時時鐘模塊、鍵盤輸入模塊等擴展電路，下面對各個模塊做分別的介紹。 此外，電子指南針系統(tǒng) 容易受到外界磁場的影響，所以在整個系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意 設(shè)置 磁屏蔽 殼體 ，此設(shè)置可以極大的減少外界磁場、各種硬鐵和軟鐵對整個系統(tǒng)的干擾。 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。 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） 14 系統(tǒng)總圖框圖 電子指南針 的系統(tǒng)主要由 前端磁阻傳感器 、 磁場測量專用轉(zhuǎn)換芯片、單片 機 控制器 、輔助擴展電路、人機界面以及系統(tǒng)電源幾個部分 組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 32 所示。 圖 31 測量原理圖 在具體測量時，測量得到的初始角度是磁場北極與前進方向的夾角，而我們知道地理北極與地磁北極是 不重合的，他們之間存在被稱為磁偏角的角度差，所以真正地地理北極應(yīng)該是在我們所測得的初始角度的基礎(chǔ)是進行磁偏角的補償所得到的角度。 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） 13 3 原理及 系統(tǒng)框圖 測量 原理 簡介 如圖 31 是地球某一點的地球磁場向量 He 的三維圖（其中， x 和 y 軸與地球表面平行， z 軸垂直指向下）。指南針在同一地點測得方向相差 180 度 的兩個磁場值（ H1 和 H2），儲存兩個測量值的磁場分量 Hx 和 Hy，由于指南針的磁 場等于地球磁場向量 He 與干涉磁場向量 Hi 的矢量和（旋轉(zhuǎn)后， He 大小相等方向相反； Hi的場源與指南針關(guān)系固定，不發(fā)生變化），可以得到干涉磁場分量：測得干涉磁場分量后，可以在補償線圈中通以相應(yīng)大小的電流，產(chǎn)生反向磁場分量 Hix 和 Hiy，以補償干涉磁場。實際中， “硬鐵效應(yīng) ”一般比 “軟鐵效應(yīng) ”強的多 。 沒有干涉磁場時，圖形是一個中心在參考原點，半徑為地球磁場強度 He 的圓。 干涉磁場校正 實際應(yīng)用中，指南針附近的地球磁場可能會受到其他磁場或附近的含鐵金屬干擾，為了獲得可靠的方位角，有效的補償上述影響是很必要的。 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。最大溫度漂移電壓為 ，都比傳感器輸出 電壓 高很多，所以指南針系統(tǒng)的內(nèi)部偏移補償是很重要的 。 但是地球磁場和電子指南針本身的特點，在測量磁場時會有些偏差，所以要進行傳感器偏差補償、干涉磁場校正、正北校正、傾斜校正等，才能得到正確的結(jié)果。磁偏角和磁傾角的發(fā)現(xiàn)使指南針的指向更加準(zhǔn)確。 地球近似球形，所以磁針指向磁極時必向下傾斜，和水平方向有一個夾角，這個夾角稱為磁傾角。 電子指南針的主要偏差 及校正 磁偏角和磁傾角 現(xiàn)在人們已經(jīng)知道，地球的兩個磁極和地理的南北極只是接近，并不重合。這已成為地磁學(xué)的一個重要領(lǐng)域，叫做地球電磁感應(yīng)。將高斯球諧分析用于變化磁場，可將這種內(nèi)、外場區(qū)分開。 除外源場外，變化磁場還有內(nèi)源場。磁暴是全球同時發(fā)生的強烈磁擾，持續(xù)時間約為 1～ 3 天，幅度可達(dá) 10 納特。平靜變化主要是以一個太陽日為周期的太陽靜日變化，其場源分布在電離層中。地磁異常又分為區(qū)域異常和局部異常，與巖石和礦體的分布有關(guān)。偶極子磁場是地磁場的基本成分，其強度約占地磁場總強度的 90％，產(chǎn)生于地球液態(tài)外核內(nèi)的電磁流體力學(xué)過程，即自激發(fā)電機效應(yīng)。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源于地球外部，并且很微弱。 地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分，它們在成因上完全不同。 1960 年決定采用特斯拉作為國際測磁單位， 1 高斯＝ 10^(4)特斯拉（ T）， 1 伽馬＝ 10^(9)特斯拉＝ 1 納特斯拉（ nT），簡稱納特。 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。其中以磁偏角的觀測歷史為最早。描述空間某一 點地磁場的強度和方向，需要 3 個獨立的地磁要素。中國古代的著名科學(xué)家 沈括 是第一個注意到磁偏角現(xiàn)象的科學(xué)家。這已為 1839 年德國數(shù)學(xué)家 .高斯首次運用球諧函數(shù)分析法所證實。這個解釋最初是英國 1600 年提出的。地磁的北磁極在地理的南極附近；地磁的南磁極在地理的北極附近。 地磁場 地磁場（ geomagic field）是從地心至磁層頂?shù)目臻g范圍內(nèi)的磁場 ，是 地磁學(xué)的主要研究對象。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。 為了認(rèn)識和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過程，必須考慮磁場這一重要因素。 磁現(xiàn)象是最早被人類認(rèn)識的物理現(xiàn)象之一，指南針是中國古代一大發(fā)明。 電磁場是電磁作用的媒遞物，是統(tǒng)一的整體，電場和磁場是它緊密聯(lián)系、相互依存的兩個側(cè)面，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電磁場以波動形式在空間傳播。規(guī)定小磁針的北極所指的方向為 磁感線 的方向。 磁感線 在磁場中畫一些曲線，使曲線上任何一點的切線方向都跟這一點的磁場方向相同，這些曲線叫 磁感線 。 運動電荷或變化電場產(chǎn)生的磁場，或兩者之和的總磁場，都是無源有旋的矢量場， 磁感線 是閉合的曲線族，不中斷，不交叉。 與 電場 相仿， 磁場 是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場，描述磁場的基本物理量是磁感應(yīng)強度矢量 B ，也可以用磁感線形象地圖示。 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。 電流 、運動 電荷 、磁體或變化電 場周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。 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） 7 物理量簡介 磁場 磁場是一種看不見，而又摸不著的特殊物質(zhì)。可以預(yù)言，今后的單片機將是功能更強、集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便。 綜觀單片機幾十年的發(fā)展歷程，單片機今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)存儲器容量增加和 Flash 存儲器化方向發(fā)展。 8 位單片機中有二分之一的產(chǎn)片已 CMOS 化， CMOS 芯片的單片機具有功耗小得有點，而且為了充分發(fā)揮低功耗的特點，這類單片機普遍配置有 Wait 和 Stop 兩種工作方式。除了一般必須具有的 ROM、 RAM、定時器 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機檔次的提高，以適應(yīng)檢測、控制功能更高的要求，片內(nèi)集成的部件還有 A/D 轉(zhuǎn)換器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、 DMA 控制器、中斷控制器、鎖相環(huán)、頻率合成器、字符發(fā)生器、聲音發(fā)生器、 CRT 控制器、譯碼驅(qū)動器等。 隨著集成度的不斷提高，有肯能把眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)。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。 （ 2）增加 I/O 口的邏輯控制功能。這樣可以減少外部驅(qū)動芯片。 I/O 的改進 一般單片機都有較多的并行口，以滿足外圍設(shè)備、芯片擴展的需要，并配有串行口，以滿足多機通信功能的要求。為防止復(fù)制，生產(chǎn)廠家青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 6 對片內(nèi) E2PROM 或閃爍存儲器采用加鎖方式。 （ 3）程序保密化。采用 E2PROM 或閃爍存儲器后，能在 +5V 下讀寫，不需要紫外線擦抹，既有靜態(tài) RAM 讀寫操作簡便又有在掉電 時數(shù)據(jù)不會丟失的優(yōu)點。 （ 2）片內(nèi) EPROM 采用 E2PROM 或閃爍（ Flash）存儲器。新型單片機片內(nèi) ROM 一般可達(dá) 4KB 至 8KB，