目 錄

前言……………………………………………………………………………………………………3

第一章 緒論……………………………………………………………………………………….....4

第1.1節(jié) 電子羅盤(pán)的原理…………………………………………………………………………4

第1.2節(jié) 電子羅盤(pán)的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………………………4

第二章 總體方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………….....6

第2.1節(jié) 總體方案選擇…………………………………………………………………………....6

第2.2節(jié) 硬件方案………………………………………………………………………………....7

第2.3節(jié) 軟件方案………………………………………………………………………………....8

第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………….....10

第3.1節(jié) 控制模塊設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………....10

第3.2節(jié) 傳感器模塊設(shè)計(jì)………………………………………………………………………....11

第3.3節(jié) 顯示模塊設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………13

第3.4節(jié) 總體電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………....14

第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………….17

第4.1節(jié) 主程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………17

第4.2節(jié) 傳感器模塊程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………18

第4.3節(jié) 顯示模塊程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………………19

第五章 系統(tǒng)調(diào)試…………………………………………………………………………………….20

總結(jié)……………………………………………………………………………………………….......21

參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………….......22

致謝……………………………………………………………………………………………….......23

附錄1 實(shí)物照片說(shuō)明………………………………………………………………………………..24

附錄2 部分源程序…………………………………………………………………………………..24

【摘要】：當(dāng)今社會(huì)交通越來(lái)越發(fā)達(dá)，導(dǎo)航系統(tǒng)也逐漸普遍。在以前人們使用紙質(zhì)地圖看路況。現(xiàn)如今由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通路線(xiàn)也變化非常之大。現(xiàn)在雖然有GPS，但是在一些山區(qū)有覆蓋遮蔽的地方，GPS也會(huì)失去作用。汽車(chē)出行不方便，為解決這個(gè)問(wèn)題，本文主要研究使用在汽車(chē)導(dǎo)航設(shè)備的能夠精確定向的電子羅盤(pán)系統(tǒng)。本文主要介紹磁阻式電子羅盤(pán)的工作原理，并詳細(xì)介紹了磁阻傳感器HMC5883，AT89S52單片機(jī)的磁阻式電子羅盤(pán)的硬件設(shè)計(jì)；根據(jù)傳感器信號(hào)輸出特點(diǎn)，利用AT89S52單片機(jī)處理信息功能經(jīng)過(guò)分析后，經(jīng)顯示屏顯示方向。在研制磁阻電子羅盤(pán)原理樣機(jī)過(guò)程中，我對(duì)系統(tǒng)做出一定的誤差補(bǔ)償，使其系統(tǒng)的精度提高，并且對(duì)系統(tǒng)做經(jīng)一步的改進(jìn)。

前言

通常的導(dǎo)航儀器主要有兩種：陀螺羅經(jīng)和磁羅盤(pán)。對(duì)地磁場(chǎng)測(cè)量方向的儀器叫做磁羅盤(pán)。我國(guó)發(fā)明指南針就是一個(gè)簡(jiǎn)易的磁羅盤(pán)，對(duì)整個(gè)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。在公元 50 年左右，磁石已經(jīng)被運(yùn)用到導(dǎo)航航啦，并且研制出了司南。在公元 960-1127 年時(shí)候，支撐是的指南針——指南龜被研制出來(lái)。到 20 世紀(jì)初，隨著工業(yè)的發(fā)展，羅盤(pán)制造工藝也得到了飛速的發(fā)展，材料的選擇和機(jī)械制造使得羅盤(pán)的性能有了顯著地提高。尤其是是機(jī)械式磁羅盤(pán)，現(xiàn)在某些情況下依然使用機(jī)械式磁羅盤(pán) 。到了20世紀(jì)出，陀螺羅盤(pán)的問(wèn)世，對(duì)羅盤(pán)又是一場(chǎng)革命。羅盤(pán)感應(yīng)這地球的自轉(zhuǎn)，磁性物質(zhì)對(duì)其沒(méi)有影響。使得陀螺羅盤(pán)的標(biāo)度盤(pán)非常穩(wěn)定，讀取數(shù)據(jù)更加精確。當(dāng)代GPS雖然有廣泛的應(yīng)用，但是信號(hào)經(jīng)常被物體所遮擋，使其精度大打折扣。有效性也大大降低。數(shù)字電子羅盤(pán)系統(tǒng)則將填補(bǔ)這一個(gè)不足，采用地磁場(chǎng)的工作原理，無(wú)論何時(shí)何地磁場(chǎng)的水平分量永遠(yuǎn)指向地磁北極，對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行有效補(bǔ)償。

利用磁性材料的磁阻效應(yīng)制成磁性效應(yīng)傳感器。磁性材料的易磁化軸、形狀和磁化磁場(chǎng)的方向影響著其磁化方向。圖 1.1顯示出，當(dāng)電流流通磁性材料時(shí)，其電阻阻值大小由材料流通電流的方向與磁化方向的夾角θ決定。把磁場(chǎng) M加在磁性材料上，之前磁化方向開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。如果磁化方向轉(zhuǎn)向與電流的方向垂直，θ角增大，電阻阻值將減小；如果平行，即θ角減小，電阻阻值將增大，電流方向與電阻值的關(guān)系為cos2θ，這就是磁阻效應(yīng)。                                                                           

由于GPS導(dǎo)航在高山、樹(shù)林時(shí)信號(hào)傳輸不能很好的回饋到衛(wèi)星中。同時(shí)GPS容易受到其他信號(hào)、波形干擾，導(dǎo)致其穩(wěn)定在某些地區(qū)較差。所以需要一個(gè)穩(wěn)定的導(dǎo)航系統(tǒng)在任何場(chǎng)地都能測(cè)出行駛方向，所以這個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)有很大的發(fā)展前景。有地磁大小和方向隨地點(diǎn)不同而不同, 無(wú)論在地球的每一個(gè)地方，磁場(chǎng)的水平分量永遠(yuǎn)指向磁北，電子羅盤(pán)根據(jù)這一個(gè)原理制作的，所以電子羅盤(pán)可以用于穩(wěn)定的精確的汽車(chē)導(dǎo)航定向，電子羅盤(pán)系統(tǒng)的市場(chǎng)需求也在我國(guó)日趨明顯，而且也初具規(guī)模。我認(rèn)為未來(lái)電子羅盤(pán)的發(fā)展的方向有以下幾點(diǎn)：

(1)使電子羅盤(pán)導(dǎo)航系統(tǒng)科技含量更高，整個(gè)制造流程可以形成一個(gè)完整的產(chǎn)物鏈

(2)把GPS的技術(shù)和電子羅盤(pán)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)于導(dǎo)航的精確性、實(shí)用性和穩(wěn)定性有提高。

(3)把電子羅盤(pán)做成信息技術(shù)服務(wù)的產(chǎn)業(yè)，使其應(yīng)用到更多的行業(yè)里，加快電子羅盤(pán)研究與發(fā)展。

未來(lái)科技發(fā)展更加快速，相對(duì)磁場(chǎng)技術(shù)也會(huì)越來(lái)成熟，電子羅盤(pán)系統(tǒng)將朝著先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、功能型的成熟完善的系統(tǒng)！

對(duì)于電子羅盤(pán)的設(shè)計(jì)，經(jīng)查找資料結(jié)合所學(xué)知識(shí)，我得到兩種方案。

KMZ52是Philips公司生產(chǎn)的一種磁阻傳感器，是利用坡莫合金薄片的磁阻效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的高靈敏度磁阻傳感器。該磁阻傳感器內(nèi)置兩個(gè)正交磁敏電阻橋、完整的補(bǔ)償線(xiàn)圈和設(shè)置/復(fù)位線(xiàn)圈。補(bǔ)償線(xiàn)圈的輸出與當(dāng)前測(cè)量結(jié)果形成閉環(huán)反饋，使傳感器的靈敏度不受地域限制。這種磁阻傳感器主要應(yīng)用于導(dǎo)航、通用地磁測(cè)量和交通檢測(cè)。該磁阻傳感器在金屬鋁的表面沉積了一定厚度的高磁導(dǎo)率的坡莫合金，在翻轉(zhuǎn)線(xiàn)圈和外界磁場(chǎng)兩個(gè)力的作用下，電子改變運(yùn)動(dòng)方向，使得磁敏電阻的阻值發(fā)生變化。同時(shí)KMZ52的斑馬條電阻成45°放置，這使得電子在正反向磁場(chǎng)力作用下有較好的對(duì)稱(chēng)性。由于加入了翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，KMZ52的變化曲線(xiàn)與普通的磁敏電阻不同，更加線(xiàn)性化。KMZ52磁阻傳感器的核心部分是惠斯通電橋，是由4個(gè)磁敏感元件組成的磁阻橋臂。磁敏感元件由長(zhǎng)而薄的坡莫合金薄膜制成。在外加磁場(chǎng)的作用下，磁阻的變化引起輸出電壓的變化。

霍尼韋爾 HMC5883L 是一種表面貼裝的高集成模塊，并帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片，應(yīng)用于低成本羅盤(pán)和磁場(chǎng)檢測(cè)領(lǐng)域。HMC5883L 包括最先進(jìn)的高分辨率HMC118X系列磁阻傳感器，并附帶霍尼韋爾專(zhuān)利的集成電路包括放大器、自動(dòng)消磁驅(qū)動(dòng)器、偏差校準(zhǔn)、能使羅盤(pán)精度控制在1°-2°的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。簡(jiǎn)易的I2C 系列總線(xiàn)接口。HMC5883L 是采用無(wú)鉛表面封裝技術(shù)，帶有16 引腳，尺寸為3.0×3.0×0.9mm。HMC5883L 的所應(yīng)用領(lǐng)域有手機(jī)、筆記本電腦、消費(fèi)類(lèi)電子、汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)和個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)。HMC5883L采用霍尼韋爾各向異性磁阻(AMR)技術(shù)，該技術(shù)領(lǐng)先于其他磁傳感器技術(shù)。這些各向異性傳感器具有在軸向高靈敏度和線(xiàn)性高精度的特點(diǎn).傳感器具有的對(duì)正交軸的低靈敏度的固相結(jié)構(gòu)能用于測(cè)量地球磁場(chǎng)的方向和大小，其測(cè)量范圍從毫高斯到8高斯(gauss)。霍尼韋爾的磁傳感器在低磁場(chǎng)傳感器行業(yè)中是靈敏度最高和可靠性最好的傳感器。

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通過(guò)對(duì)比各傳感器特點(diǎn)我們了解到它們的優(yōu)缺點(diǎn)，HMC5883L三軸磁阻傳感器和ASIC都被封裝在一起了，不需要外接ASIC，而12-bit ADC與低干擾AMR傳感器，能在±8高斯的磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)2毫高斯的分辨率，且內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，顯得更為優(yōu)越。霍尼韋爾的磁傳感器在低磁場(chǎng)傳感器行業(yè)中是靈敏度最高和可靠性最好的傳感器。

綜上結(jié)合所學(xué)知識(shí)我選擇傳感器方案二，使用霍尼韋爾HMC5883L各向異性磁阻傳感電路。

數(shù)字電子羅盤(pán)3大模塊分別是：傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和MCU模塊。需要硬件有： 磁阻傳感器、 雙軸加速度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器以及單片機(jī)的磁阻式電子羅盤(pán)。硬件總體框圖如下：

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圖2.3系統(tǒng)硬件總體框圖

采用三軸磁阻傳感器進(jìn)行地球磁場(chǎng)矢量測(cè)量，雙軸加速傳感器可以傳感地球重力場(chǎng)中測(cè)量載體的姿態(tài)，然后通過(guò)姿態(tài)坐標(biāo)變換將磁阻傳感器得到載體坐標(biāo)的測(cè)量信號(hào)變換到地平坐標(biāo)系。其磁阻式傳感器HMC5883包含輸出為3路的差分模擬電壓值，差分值大約為幾毫伏，信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器內(nèi)置的ASIC放大器把信號(hào)進(jìn)行放大，再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換；再由有單片機(jī)處理數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由處理后得到航向角由顯示屏來(lái)顯示；復(fù)位電路用于恢復(fù)磁阻傳感器在強(qiáng)磁干擾后的靈敏度；電源模塊分別為復(fù)位電路和信號(hào)處理電路供電。

系統(tǒng)軟件除了完成初始化、信號(hào)采集、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換，再到單片機(jī)中進(jìn)行信號(hào)處理分析，然后判斷能否輸出。其框圖如下所示：

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圖2.4 軟件總體框圖

單片機(jī)對(duì)傳感器失調(diào)、溫度漂移等干擾造成的誤差進(jìn)行調(diào)整。失調(diào)和溫度漂移會(huì)在傳感器敏感信號(hào)上面疊加一個(gè)直流偏置電路，單片機(jī)通過(guò)將傳感器在置位和復(fù)位情況下得到的信號(hào)進(jìn)行分析，算出平均值。就可以得到由于失調(diào)和漂移造成的直流偏置信號(hào)，在方向角計(jì)算前對(duì)該偏置信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償即可消除其影響。再判斷能否輸出，如果不能輸出，則再采集一次；能輸出則把數(shù)據(jù)送到顯示屏顯示。

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。

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圖3.2 AT89S52電路連接圖

1．工作原理

霍尼韋爾HMC5883L磁阻傳感器電路是三軸傳感器并應(yīng)用特殊輔助電路來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)。通過(guò)施加供電電源，傳感器可以將量測(cè)軸方向上的任何入射磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變成一種差分電壓輸出。磁阻傳感器是由一個(gè)鎳鐵(坡莫合金)薄膜放置在硅片上，并構(gòu)成一個(gè)帶式電阻元件。在磁場(chǎng)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。這些磁阻元件兩兩對(duì)齊，形成一個(gè)共同的感應(yīng)軸，隨著磁場(chǎng)在感應(yīng)方向上不斷增強(qiáng)，電壓也會(huì)正向增長(zhǎng)。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(cè)量其他方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

2．電源管理

該器件可有兩種不同的供電模式。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。

3．I2C接口

控制該裝置可以通過(guò)I2C總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(xiàn)。該裝置必須符合I2C-Bus Specification（I2C-總線(xiàn)技術(shù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)），作為一個(gè)I2C 兼容裝置，該裝置包含一個(gè)7-bit串行地址，并支持I2C 協(xié)議。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)。還需要外接電阻才能支持這些標(biāo)準(zhǔn)和快速模式。要求主機(jī)的活動(dòng)（寄存器的讀取和寫(xiě)入）優(yōu)先于內(nèi)部活動(dòng)，例如：測(cè)量。這一優(yōu)先次序的安排是為了不讓主機(jī)等待，同時(shí)I2C總線(xiàn)占用的時(shí)間比必需的時(shí)間長(zhǎng)。

4．置位/復(fù)位帶驅(qū)動(dòng)的H-橋式電路

ASIC包含大型開(kāi)關(guān)FETs，可以傳輸大而短的脈沖到傳感器的置位/復(fù)位帶。這一置位/復(fù)位帶在很大程度上是一種電阻性負(fù)載。并不需要外部去增加外部置位/復(fù)位回路。每次測(cè)量時(shí)，ASIC會(huì)自動(dòng)完成置位/復(fù)位。首先一次置位脈沖產(chǎn)生后進(jìn)行測(cè)量，然后,一次復(fù)位脈沖產(chǎn)生后進(jìn)行測(cè)量，兩次測(cè)量的差值的一半將會(huì)被放置在三軸上每根軸的數(shù)據(jù)輸出寄存器上。這樣，在所有測(cè)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。

5．寄存器訪(fǎng)問(wèn)

下面表格列出了寄存器及其訪(fǎng)問(wèn)。所有地址為8 bits。

表3.1 寄存器列表

這里介紹讀取和寫(xiě)入此裝置的過(guò)程。該裝置使用地址指針來(lái)顯示該寄存器地點(diǎn)是被讀取或?qū)懭搿＿@些指針位置從主機(jī)發(fā)出到從機(jī)并成功獲得的7位地址加1 位讀/寫(xiě)標(biāo)識(shí)符。為了盡量減少主機(jī)和裝置之間的通信，無(wú)主機(jī)干預(yù)下地址指針自動(dòng)更新。寄存器指示器被讀取后將自動(dòng)的在目前被成功讀取的寄存器的地址上加1。地址指針本身不能通過(guò)I2C總線(xiàn)被讀取。任何試圖去讀取不存在的地址返回為0s，任何去寫(xiě)不存在的地址或者是未定義的bit寫(xiě)入定義的地址都將會(huì)被該裝置予以忽略。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(xiě)”到寄存器地址，在指令后不帶數(shù)據(jù)位。

HMC5883L的串行總線(xiàn)與兩個(gè)上拉電阻相連，再與電源連接，傳感器字節(jié)連接單片機(jī)引腳，這個(gè)引腳需要加一個(gè)上拉電阻，為單片機(jī)提供灌電流。

連接電路如下:

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圖3.4 HMC5883電路連接

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè)5×7或者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。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�以他不能顯示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16×2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。其引腳圖和引腳說(shuō)明如下：

1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：

第1腳：VSS為電源地

第2腳：VCC接5V電源正極

第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。

第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。

第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。

第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。

第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。

第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。

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圖3.6 LCD1602模塊連線(xiàn)圖

圖3.7電路整體結(jié)構(gòu)圖

此電路采用排阻，排阻就是封裝在一起的若干電阻，可以是串聯(lián)，也可1端并接，只是簡(jiǎn)化了PCB的設(shè)計(jì)、安裝，減小空間，保證焊接質(zhì)量。

對(duì)于晶振，單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。

在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。

單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。

晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。

在電路設(shè)計(jì)中，我加入了DS1302時(shí)鐘芯片，確定系統(tǒng)年月日的時(shí)間。

DS1302的引腳排列,其中Vcc為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc時(shí)，DS1302由Vcc供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線(xiàn)，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。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)傳送的方法。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。電路連接如下：

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圖3.8 DS1302電路連接圖

軟件設(shè)計(jì)流程圖如下：先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后再?zèng)Q定是否進(jìn)行采集測(cè)量，然后對(duì)信號(hào)處理，然后對(duì)其補(bǔ)償。方向進(jìn)行校正。不用測(cè)量則直接進(jìn)行校正，計(jì)算偏移量，保存到單片機(jī)中。還設(shè)置了休眠模式，有定時(shí)中斷等功能。

由復(fù)位置位電路的電流帶的特性，在 S/R+端給一個(gè)脈沖，則元件能找到準(zhǔn)確的方向與其對(duì)準(zhǔn)。而此脈沖只能加在一個(gè)方向。羅盤(pán)在工作時(shí)， PA1 口每隔 1 秒鐘對(duì)傳感器置位一次。程序流程圖：

本設(shè)計(jì)采用LCD1602作為顯示設(shè)備，顯示的信息包括當(dāng)前方位信息與與地理南極的夾角信息（角度制）。我們從HMC5883L得出地磁方向在X與Y軸上的磁場(chǎng)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(guò)弧度到角度的轉(zhuǎn)換，得到角度值，最后加上180°，使其變?yōu)榕c南極之間的夾角，而且所有值變?yōu)檎龜?shù)，方便處理。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(guò)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：

該電子羅盤(pán)基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)研究所想要的結(jié)果AT89S52低功耗單片機(jī)的正常電壓為4.5V-5.5V，LCD1602液晶的正常工作電壓也為4.5V-5.5V，所以采用3節(jié)干電池4.5V作為電源。經(jīng)測(cè)試液晶顯示屏正常顯示，測(cè)試過(guò)程中所顯示的方位度數(shù)與實(shí)際方向大致相同，方位度數(shù)時(shí)常跳動(dòng)，應(yīng)該是傳感器靈敏度過(guò)強(qiáng)。

電子羅盤(pán)是測(cè)量方位的儀器，為了測(cè)試其功能效果，我將其與一指南針對(duì)比，測(cè)試出8組數(shù)據(jù)，記錄如下：

表5.1測(cè)試數(shù)據(jù)表

通過(guò)以上數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)物存在一定誤差，在正南正北方向誤差較小，在其他方向誤差較大，經(jīng)計(jì)算：平均誤差為7.0375，最大誤差為13.6，所以本實(shí)物誤差在10°以?xún)?nèi)。作為指南針，誤差在10°內(nèi)，可以說(shuō)正常。

  誤差存在原因主要是本設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)計(jì)防干擾設(shè)置，由于我們周邊存在磁場(chǎng)，電子羅盤(pán)在工作時(shí)會(huì)受到干擾，誤差是不可避免的。

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                   圖5.1測(cè)試實(shí)物圖                        圖5.2指南針圖

本次設(shè)計(jì)主要任務(wù)是以AT89S52單片機(jī)為核心，HMC5883為輔而制作的電子羅盤(pán)，該電子羅盤(pán)基本完成任務(wù)。整個(gè)制作過(guò)程包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)。在經(jīng)查找資料確立總體方案，從而選擇哪種硬件的過(guò)程中，讓我對(duì)51單片機(jī)和磁阻式傳感器有了更為深切的認(rèn)知。同時(shí)我也知道了對(duì)于電路硬件的選擇并不是很容易，必須考慮好幾個(gè)硬件的功能及搭配，有絲毫誤差電路就不能工作。 之后的軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試是一個(gè)枯燥的過(guò)程，但是在成功的時(shí)候使我非常欣慰。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多，從自己一點(diǎn)一滴地查找積累資料到最后焊接電路調(diào)試，我的搜集資料能力和系統(tǒng)總體思考能力有所提升，同時(shí)讓我對(duì)KEIL這個(gè)軟件更加熟知，使我的動(dòng)手能力有所提高。

本次設(shè)計(jì)在某些方面仍有不足，電路未加防干擾的設(shè)計(jì)，使精準(zhǔn)度有所缺陷。磁傳感器受到磁性物質(zhì)的影響，從而產(chǎn)生的誤差是磁阻式羅盤(pán)誤差最大的來(lái)源。對(duì)于這種誤差，我認(rèn)為將羅盤(pán)固定在干擾較弱的方向?qū)ζ溥M(jìn)行校正，羅盤(pán)的誤差將有所減小。我相信硬件方面優(yōu)化的話(huà)，這種誤差情況會(huì)有所改善。

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本論文是在曲輝導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)完成的，歷時(shí)三個(gè)月之久。導(dǎo)師平易近人，和藹可親有著深厚的學(xué)術(shù)造詣。在做論文的這一個(gè)學(xué)期，遇到的問(wèn)題，曲輝老師都會(huì)指導(dǎo)我怎么去解決問(wèn)題，授人以魚(yú)，不如授人以漁。曲老師教給我們的是方法，是精髓！在做論文的時(shí)候。我學(xué)會(huì)了基本的研究方法，還使我學(xué)會(huì)了處理問(wèn)題的能力。

在此，衷心感謝曲老師的悉心教導(dǎo)！