【正文】 . 13 單片機的 IIC 總線通信技術(shù) .............................. 14 HMC5883L 的 IIC 通信 ................................... 17 系統(tǒng)的原理框圖 .............................................. 19 第 3 章硬件設(shè)計 ..................................................... 20 系統(tǒng)設(shè)計連線 圖 .............................................. 20 西安工程學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 單片機最小系統(tǒng)的外圍電路 ................................... 20 電源電路 .............................................. 20 晶振電路 .............................................. 20 復(fù)位 電路 .............................................. 21 FLASH 存儲器電路設(shè)計 .................................. 22 串口電路 .................................................... 23 DAC 電路 .................................................... 25 USB 接口電 路 ................................................ 26 JTAG 調(diào)試接口及 JTAG 下載線介紹 ............................. 27 MSP430F149 單片機與 HMC5883L 模塊的連接 ...................... 28 LCD1602 液晶屏模塊 .......................................... 28 HMC5883L 的校準及自測 ....................................... 32 第 4 章系統(tǒng)調(diào)試 ..................................................... 34 硬件調(diào)試 .................................................... 34 軟件調(diào)試 .................................................... 34 IAR 編程環(huán)境 .......................................... 34 IAR 仿真 .............................................. 36 HMC5883L 模塊 ADC 測試 ................................. 39 MSP430F149 的仿真 ..................................... 41 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) .............................................. 41 串口握手 .............................................. 43 第 5 章 結(jié)論與展望 .................................................. 45 參考文獻 ........................................................... 46 附 錄 ............................................................. 47 致 謝 ............................................................. 61 西安工程學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 課題背景及意義 中國是世界上公認發(fā)明指南針的國家。 本文是采用 Honeywell 公司的各向異性磁阻 (AMR)傳感器芯片 HMC5883L和 MSP430f149 開發(fā)板設(shè)計了硬件電路系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采樣，經(jīng)過 ADC 轉(zhuǎn)換，通過 IIC 通信傳輸?shù)阶钚∠到y(tǒng)，下載程序并在 LCD1602 上顯示數(shù)據(jù)，再經(jīng) RS232串口與上位機 labview 聯(lián)接調(diào)試，并記錄實驗數(shù)據(jù)，最終證明了本系統(tǒng)硬件部分抗干擾性強，節(jié)能低耗，應(yīng)用方便等特點。 現(xiàn)代指南針替代舊的針式指南針，因為電子指南針全采用固態(tài)的元件，還可以簡單地和其他電子系統(tǒng)接口。磁針的北極指向地理的北極，利用這一性能可以辨別方向。主要組成部分是一根裝在軸上可以自由轉(zhuǎn)動的磁針。 I 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 數(shù)字指南針系統(tǒng)的研究 — 硬件部分 學 院： 電子信息學院 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化 2021 級 5 班 指導教師： 李 力 職稱： 工程師 學生姓名： 王 素 健 學 號： 21003040536 II 西安工程學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 指南針是用以判別方位的一種簡單儀器 ,是一種重要的導航工具，可應(yīng)用在多種場合中。指南針的前身是中國古代四大發(fā)明之一的司南。磁針在地磁場作用下能保持在磁子午線的切線方向上。常用于航海、大地測量等方面。電子 指南針系統(tǒng)中磁場傳感器的磁阻（ MR）技術(shù)是常用的解決方法。 關(guān)鍵字： 電子指南針， HMC5883L， MCU(MSP430F149)， IIC 西安工程學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT A simple instrumentis used to determine the orientation of the pass, navigation is an important tool that can be used in a variety of occasions. Compass is the predecessor of one of the four ancient Chinese Sinan invention. The main ponent is a shaft rotatably mounted on the needle. Needle under the effect of the geomagic field can be maintained in the tangential direction of the magic meridian. Needle points to the geographic North Pole Arctic, take advantage of this capability can identify the direction. Terms monly used in navigation, geodesy and so on. Modern pass needle pass replace the old, allsolidstate electronic pass because ponents can also be easily interfaces with other electronic systems. Magoresistive electronic pass magic field sensor system (MR) technology is the best solution. This article is the use of Honeywell39。指南針的發(fā)明是我國漢族勞動人民在長期的實踐中對磁性認識的結(jié)果，由于生產(chǎn)勞動，人們接觸了磁鐵礦，開始了對磁性質(zhì)的了解。經(jīng)過多方面的實驗和研究，終于 發(fā)明了實用的指南針。 指南針的始祖大約出現(xiàn)在戰(zhàn)國時期。樣子象一把湯勺，圓底，可以放在平滑的 ―地盤 ‖上并保持平衡，且可以自由旋轉(zhuǎn)。古人稱它為 ―司南 ‖。由于正處于奴隸制社會向封建社會過渡的大變革時期，生產(chǎn)力有了很大的發(fā)展，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更是興盛發(fā)達，因而促使采礦業(yè)、冶煉業(yè)的發(fā) 展。最早的指南針是司南 如圖 11。所以司南的磁性比較弱，而且它與地盤接觸處要非常光滑，否則會因轉(zhuǎn)動摩擦阻力過西安工程學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 大，而難于旋轉(zhuǎn)，無法達到預(yù)期的指南效果。 本課題針對電子指南針的各個功能部件對電子指南針的關(guān)鍵部分做了詳細的研究和介紹。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著人們對指南針原理認識的不斷深入，指南針也由先前笨重的 ―司南 ‖發(fā)展到現(xiàn)在的便攜式的指南針。由于機械的先天因素導致了指針式指南針在便攜性、靈敏度、精度以及使用壽命上都有一定的限制。 在 20 世紀 60 年代中期 ,美國的 E2systems 公司提出了基于地磁異常場等值線匹配的 MAGCOM 系統(tǒng) , 70 年代獲得測量數(shù)據(jù)后 ,系統(tǒng)進行了離線實驗。 美國目前已開發(fā)出地面和空中定位精度優(yōu)于 30m、水下定位精度優(yōu)于 500 m的地磁導航系統(tǒng) ,并計劃用于提高飛航導彈和巡航魚雷的命中率。 NASA God2dard 空間中心和有關(guān)大學對水下地磁導航進行了研究 ,并進行了大量的地面試驗。 由于國內(nèi)外電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是在磁傳感器和主控單片機芯片上的發(fā)展使能指南針的基本實現(xiàn)機理有了質(zhì)的改變，不再是機械結(jié)構(gòu)而采用了磁場傳感器和單片機處理器對磁場進行測量和處理后指示方向，這就是當前應(yīng)用較為廣泛的電子式指南針，尤其是基于 HMC5883L 磁阻傳感模塊電子指南針的發(fā)展。 本文所做的主要工作 本文主要工作就 是在熟悉 MSP430F149 開發(fā)板的資源及磁阻傳感器HMC5883L 的工作原理的基礎(chǔ)上，擴展了 MSP430F149 開發(fā)板的接口，利用 IIC和 RS232 通信接口設(shè)計出整體原理圖及系統(tǒng)，最后下位機聯(lián)調(diào)及上位機調(diào)試。需要做的工作： （ 1）收集有關(guān)本次設(shè)計的資料并熟悉。 （ 3）掌握串口通信協(xié)議，利用握手原則，畫出握手流程圖。 （ 4）對于調(diào)試結(jié)果進行總結(jié)，找出出現(xiàn)實驗誤差的原因并試圖 總結(jié)解決方案。人類對于地磁場存在的早期認識，來源于天然磁石和磁針的指極性。 磁針的指極性是由于地球的北磁極（磁性為 S 極）吸引著磁針的 N 極，地球的南磁極（磁性為 S 極）吸引著磁針的 N 極。吉伯所作出的地磁場來源于地球 本體的假定是正確的。地磁的磁感線和地理的經(jīng)線是不平行的，它們之間的夾角叫做 磁偏角 。描述空間某一名科學家 沈括 是第一個注意到磁偏角現(xiàn)象的科學家。常用的地磁要素有 7 個，即地磁場總強度 F，水平強度 H，垂直強度 Z， X 和 Y 分別為 H 的北向和東向分量， D 和 I 分別為磁偏角和 磁傾角 。在現(xiàn)代的地磁場觀測中，地磁臺一般只記錄 H， D， Z 或 X， Y， Z。地磁場強度的單位過去通常 采用伽馬（ γ），即 1 納特斯拉。地磁場雖然很弱，但卻延伸到很遠的空間，保護著地球上的生物和人類，使之免受宇宙輻射的侵害?；敬艌鍪堑卮艌龅闹饕糠?，起源于地球內(nèi)部，比較穩(wěn)定，變化非常緩慢。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 地球的基本磁場可分為偶極子磁場、非偶極子磁場和地磁異常幾 個組成部分。非偶極子磁場主要分布在亞洲東部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等幾個地域，平均強度約占地磁場的 10％。 地球變化磁場可分為平靜變化和干擾變化兩大類型。干擾變化包括磁暴、地磁亞暴、太陽擾日變化和地磁脈動等，場源是太陽粒子輻射同地磁場相互作用在磁層和電離層中 產(chǎn)生的各種短暫的電流體系。其他幾種干擾變化主要分布在地球的極光區(qū)內(nèi)。內(nèi)源場是由外源場在地球內(nèi)部感應(yīng)出來的電流所產(chǎn)生的。根據(jù)變化磁場的內(nèi)、外場相互關(guān)系，可以得出地球內(nèi)部電導率的分布。 磁感應(yīng)強度 與磁力線方向垂直的單位面積上所通過的磁力線數(shù)目，又叫磁力線的密度，也叫磁通密度，用 B 表示，單位為特斯拉 （ T）。通過一線圈的磁通的表達式為： Φ=B?S（其中 B 為磁感應(yīng)強度， S 為該線圈的面積。磁針在受