【正文】 地磁影響（沒有自差）的情況下其指向即磁子午線方向（也就是說，在地球磁場作用下，磁針在某點自由靜止時其軸線所指的方向）。故磁針所指的磁北方向不一定是地磁北極的方向。不同的地點磁偏角不同，同一地點不同時間磁偏角也不同。 霍尼韋爾 HMC5883L磁阻傳感器電路是三軸傳感器并應用特殊輔助電路來測量磁場。磁阻傳感器是由一個鎳鐵 (坡莫合 金 )薄膜放置在硅片上，并構成一個帶式電阻元件。這些磁阻元件兩兩對齊，形成一個共同的感應軸 (如引腳圖 23上的箭頭所示 )，隨著磁場在感應方向上不斷增強，電壓也會正向增長。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 圖 22 HMC5883L的外形圖 圖 23 HMC5883L的引腳圖 特征： ? 3軸和磁阻傳感器和 ASIC都被封裝在 LCC的表面裝備中 ? 12bit ADC與低干擾 AMR傳感器，能在 177。大批量生產(chǎn)只需添加微控制器接口、兩個貼片電容，低成本 OEM封裝，易于安裝，適合高速 SMT組裝 ? 達到 1 176。度羅盤航向精度 ? 發(fā)布會后允許 低功耗功能測試 ? 適用于電池供電的應用場所 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 ? 帶有設置 /復位和偏置驅動器用于消磁、自測和偏移補償 ? 適用于消費類電子設備應用中通用雙線串行數(shù)據(jù)接口 ? 符合 RoHS標準 ? 傳感器在強磁場的環(huán)境下可達到 1 176。度羅盤航向精度 ? 可獲得羅盤航向、硬磁、軟磁以及制自動校準庫 ? 能應用于個人導航系統(tǒng)和 LBS 下面給出 HMC5883L的引腳的配置： 表 21 ：引腳配置表 引腳 名稱 描述 1 SCL 串行時鐘 IIC總線主 /從時鐘 2 VDD 電源電壓（ ） 3 NC 無連接 4 S1 連接 VDDIO 5 NC 無連接 6 NC 無連接 7 NC 無連接 8 SETP 置位 /復位帶正 S / R電容（ C2）連接 9 GND 電源接地 10 C1 存儲電容（ C1）連接 11 GND 電源接地 12 SETC S/R電容（ C2）連接 驅動端 13 VDDIO IO供電（ ） 14 NC 無連接 15 DRDY 數(shù)據(jù)就緒，中斷引腳。選項為連接。 16 SDA 串行數(shù)據(jù) IIC總線主 /從數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理 HMC5883L 是三軸磁場傳感器，分別是 X， Y， Z 三軸，三軸正交便于測量磁場數(shù)據(jù)，對 X， Y， Z 坐標數(shù)據(jù)進行運算不難得出磁場方向。數(shù)據(jù)輸出 X 寄存器是兩個 8 位寄存器，數(shù)據(jù)輸出寄存器 A 和 B。數(shù)據(jù)輸出 X 寄存器 A 儲存一個來測量結果中的 MSB（高位數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)輸出 X 寄存器 B 儲存一個來自測量結果中的 LSB（低位數(shù)據(jù)）。 DXRA0 至 DXRA7， DXRB0 至 DXRB7 標識出位置， DXRA 和 DXRB標識出在數(shù)據(jù)輸出寄存器 X 中的位。 表 22 數(shù)據(jù)輸出 X 寄存器 A 和 B DXRA7 DXRA6 DXRA5 DXRA4 DXRA3 DXRA2 DXRA1 DXRA0 0 0 0 0 0 0 0 0 DXRB7 DXRB6 DXRB5 DXRB4 DXRB3 DXRB2 DXRB1 DXRB0 0 0 0 0 0 0 0 0 上圖中的 ―0‖為默認值，當下一次測量完成之后這 寫值會被自動覆蓋。 讀出 X， Y， Z 坐標其中 Z 的值理論上為 0，因為 Z 軸垂直于地磁場，此時只需對 X， Y 軸坐標值進行計算即可得出角度 a. 角度計算公式： a=arctan(x/y) a 為航向角，即羅盤與磁場的方向角。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 寄存器訪問 下面表格列出了寄存器及其訪問。 表 23 寄存器列表 地址 名稱 訪問 00 配置寄存器 A 讀 /寫 01 配置寄存器 B 讀 /寫 02 模式寄存器 讀 /寫 03 數(shù)據(jù)輸出 X MSB 寄存器 讀 04 數(shù)據(jù)輸出 X LSB 寄存器 讀 05 數(shù)據(jù)輸出 Z MSB寄存器 讀 06 數(shù)據(jù)輸出 Z LSB 寄存器 讀 07 數(shù)據(jù)輸出 Y MSB 寄存器 讀 08 數(shù)據(jù)輸出 Y LSB 寄存器 讀 09 狀態(tài)寄存器 讀 10 識別寄存器 A 讀 11 識別寄存器 B 讀 12 識別寄存器 C 讀 這里介紹讀取和寫入此裝置的過程。這些指針位置從主機發(fā)出到從機并成功 獲得的 7位地址加 1 位讀 /寫標識符。寄存器指示器被讀取后將自動的在目前被成功讀取的寄存器的地址上加 1。任何試圖去讀取不存在的地址返回為 0s，任何去寫不存在的地址或者是未定義的 bit寫入定義的地址都將會被該裝置予以忽略。例如，要讓地址指針指向寄存器 10，發(fā)出的指令為 0x3C 0x0A。 51 系列單片機有 111 條指令，這樣多的指令在編寫程序時難以熟練地掌握和應用，而且編程產(chǎn)生錯誤的概率非常高。 其次， 430 系列單片機的低功耗性能也是 51 系列單片 機所不能比擬的。而且功耗低并不影響 430 系列單片機的運行速度，這也是工業(yè)設計當中絕大多數(shù)都使用 430 系列而不用 51 單片機的主要原因。 再者， 89C51 系列單片機由于其內(nèi)部總線是 8 位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都 8 位的，功能相對簡單。 MSP430 系列其基本架構是 16 位的，而且兼容 8 位的功能模塊，在擴展更多功能的同時， 51 系列單片機的基礎功能 430也是具備的，而且運行的更快。 最后，就是在開發(fā)工具方面。 430 系列單片機由于引入了 FLASH 型程序存儲器和 JTAG 技術，不僅使開西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 發(fā)工具變得簡便，在線編程以及價格優(yōu)勢都是 51 系列單片機所不具備的，這也是實際設計應用非常重視的一個環(huán)節(jié) [7]。對于個人使用來說不免帶來不必要的麻煩。而且一些設計對精度和功能等有一定的要求 ，開發(fā)板上自己配置的芯片可能滿足不了需求，因此，有一個單一的、簡單的，自己設計的最小系統(tǒng)很有必要。我們做一個自己的最小系統(tǒng)，做自己的教學，做自己的開發(fā)試驗，就顯得得心應手。 MSP430F149 開發(fā)板 本次設計選擇 TI 的 MSP430 的開發(fā)板，具有超低功耗、處理能力強大、片內(nèi)外設豐富、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、開發(fā)環(huán)境便捷等顯著優(yōu)勢，和其他類型單片機相比具有更好的使用效果、更廣泛的應用前景。 MSP430 系列單片機是一種 16 位的單片機。特別是它的超低功耗特性，是目前其他單片機不可比擬的。 MSP430 系列單片機支持 C 語言開發(fā)。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 圖 24 引腳圖 主要硬件構成 表 24 MSP430F149 的硬件構成 名稱 型號 描述 MCU MSP430F149 超低功耗、采用精簡指令集的 16位微處理器 USB接口芯片 PDIUSBD12 兼容 ，支持數(shù)據(jù)全速傳輸（ 12Mbit/s） 實時時鐘 DS1302 時間精確到秒，閏年自動補償， 32Byte非易失性 RAM 溫度傳感器 DS18B20 單總線接口， 9Bit至 12Bit可編程溫度分辨率 EEPROM AT24C16 I2C接口， 20488Bit存儲容量 數(shù)模轉換器 DAC5571 IIC接口， 188KSPS快速更新速率， 8Bit分辨率 電平轉換芯片 SN74LVC4245 5V雙向電平轉換 RS232接口芯片 MAX3232 ，支持兩路 RS232電平轉換 RS485接口芯片 SN65HVD12 ，抗 16KV ESD，半雙工模式 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 單片機的 IIC 總線通信技術 IIC(Inter Intergrated Circuit)總線是一種二線制總線，它通過 2 根線（ SDA，串行數(shù)據(jù)線； SCL，串行時鐘線）在連接到總線上的器件之間傳總信息，根據(jù)地址識別每個器件（不管是微控制器、 LCD 驅動器、存儲器還是鍵盤接口），根據(jù)器件的功能可以工作于發(fā)送或接收方式。對于發(fā)送器和接收器而言，在進行數(shù)據(jù)傳送時可以是主器件，也呆以是從器件?？偩€上主和從、發(fā)送和接收的 關系不是永久的，而僅取決于此時數(shù)據(jù)傳送的方向。在這種情況下，主器件（機 A）產(chǎn)生定時進鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。當總線空閑時， 2根線都是高電平。 I2C 總線上數(shù)據(jù)傳送的最高速率為 100kb/s，連到總線上器件數(shù)量僅受西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 總線電容 400pF 的限制。當 SCL 為高電平時， SDA 發(fā)生高到低跳變定義為開始（啟動）信號；當SCL 為高電平時， SDA 發(fā)生低到高跳變定義為結束（停止）信號。在開始信號以后，總線被認為處于忙狀態(tài)；在結束信號后過一定時間，總線被認為是空閑的。傳送 SDA 線上的每個字節(jié)必須為 8 位，每次傳送的字節(jié)數(shù)不限，每個字節(jié)后面必須跟 1 個響應位。當從機準備好接收下 1 個數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放 SCL 線后，可繼續(xù)傳送。認可位對應于主器件的 1 個時鐘，在此時鐘內(nèi)發(fā)送器件釋放 SDA 線；而接收器件必 須將 SDA 線拉成低電平，使 SDA 在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。此時主器件產(chǎn)生 1 個結束信號使傳送異常結束。這是由于從接收器未認可數(shù)據(jù)字節(jié)，將 SDA 線拉高，主器件產(chǎn)生結束信號而使傳送異常結束。 發(fā)生在 SDA 線上的總線競爭是這樣進行的：如果一個主器件發(fā)送高電平，而另一個主器件發(fā)送一個低電平，此時其發(fā)送電平與 SDA 總線電平不對應的器件自動關掉其輸出級?？偩€競爭可以在許多位上進行。 I2C 總線控制完全由競爭的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。 在 I2C 總線上傳送控信息時的示眾同步是由連在 SCL 線上器件的邏輯 ―與 ‖完成的。一旦一個器件時鐘跳為低電平，將使 SCL 線保持低電平并不能影響 SCL 線的狀態(tài)。此時，低電平周期短的器件將進入高電平等待的狀態(tài)。之后，第一個結束高 電平期的器件又將 SCL 線拉成低電平，這樣就在 SCL 線上產(chǎn)生一個同步時鐘，時鐘低電平時間由時鐘低電平期最長的器件確定，而時鐘高電平時間由時鐘高電平最短的期間確定。在開始信號后送出一個從器件地址，地址為 7 位，第八位為方向位（ R/ W） ,0 表示發(fā)送 (寫 ),1 表示請求數(shù)據(jù) (讀 )。但如果主器件還希望在總線上繼續(xù)通信，就可以產(chǎn)生另一個開始信號和尋址另一個從器件，而不需要先產(chǎn)生結束信號。 主接收方式中，在第一個響 應位時，主發(fā)送器變成主接收器，從接收器變成從發(fā)送器，但該認可仍舊由從器件產(chǎn)生。在傳送中方向改變時，要重復開始信號和傳送地址，但 R/W位反向。該字節(jié)的高 7 位組成從器件地址，為 1 表示主器件將從從器件讀信息。如果匹配，則該器件既為被主器件尋址的器件，從接收或從發(fā)送由 R/W確定。由于在組成系統(tǒng)時希望使用多個相 同的器件，從地址的可編程位數(shù)取決于該器件可用來編程的引腳數(shù)目。 I2C 總線還設有用于尋址總線上所有器件的廣播叫地址，若一個器件不需要廣播呼叫尋址中提供的任何數(shù)據(jù)，該器件可以忽略該地址，不作響應。第二個和接著的數(shù)據(jù)字節(jié)為每個從器件所響應并接收處理。 I2C 總線可十分方便地用于構成由 1 個微控制器和外圍器件 組成的微控制器系統(tǒng)；這樣的系統(tǒng)價格低，器件間總線簡單，結構緊湊。在總線上加接器件不影響系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)修改和可擴展性好。 HMC5883L 的 IIC 通信 HMC5883L 通過兩線 I2C 總線系統(tǒng)作為一個從機裝置進行通信?？偩€位西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 18 格式是一個 8 位數(shù)據(jù) /地址傳送和 1 位應答位。負二進制值將是以二進制的補碼形式。 HMC5883L 串行時鐘（ SCL）和串行數(shù)據(jù)（ SDA）線需要主機（通常是主機微處理器）和 HMC5883L 之間裝有上拉電阻（ Rp） .在標稱 VDDIO 電壓下建議負載電阻值約為 10 千歐姆。 總線規(guī)格的 SCL 和 SDA 線可以連接到多個裝置上。所有數(shù)據(jù)傳輸均由產(chǎn)生時鐘信號的主機發(fā)起，數(shù)據(jù)傳輸是 8 位進行。在每 8 位傳輸之后，主機裝置產(chǎn)生一個第 9 個時鐘脈沖，并釋放 SDA 的線。 按 I2C 規(guī)格，所有 SDA 線中的傳輸必須發(fā)生在 SCL 低時。主機將