电子罗盘设计

-电子罗盘设计【摘要】：指南针是我国的四大发明之一，初期的指南针采用了磁化指针和方位盘的构成方式，这样的罗盘携带起来很不方便，且指示灵敏度上有一定不足，准确性很差。本文通过对电子指南针基本工作原理的研究分析，采用Honeywell公司的各向异性磁阻(AMR)传感器芯片HMC5883L，然后通过MCU控制器对其进行数据读取并显示，达到了显示当前所指方向的目的。实际测试指南针模块精度达到1，能够在LCD上显示当前方位和当前时间，本设计可以设置报警角度，当前方位超过设置角度就报警。这样的指南针成本和设计难度都降低了，也提高了精度。【关键词】：电子指南针；HMC5883L；单片机；液晶;-i-Abstract:CompassisoneofthefourgreatinventionsofChina,theearlycompassusedcombinationofmagnetizedpointerandcompass,thiscompasscarryingisnotconvenient,andindicatesalackofsensitivity,accuracyispoor.Inthisthroughtheanalysisofthebasicworkingprincipleoftheelectroniccompass,Honeywellcompany(AMR)sensorchipHMC5883L,andthenthroughtheMCUcontrollerofdatareadanddisplaythecurrentreferstothedirectionof.Theactualtestcompassprecisioncanreach1degrees,candisplaythecurrentlocationandthecurrenttimeontheLCD,thisdesigncansetthealarmpointofview,thecurrentrangeoverthesetangleonthealarm.Thiscompassofhigheraccuracytogreatlyimprovetheaccuracyatthesametime,reducethedifficultyofdesign.Keywords:electroniccompass;HMC5883L;MCU;LCD;-ii-目录前言.2第1章系统总体方案.3第1.1节系统基本要求.3第1.2节原理及系统框图.3第1.3节系统硬件选型.4第1.4节常见偏差及校正方法.6第2章系统硬件.9第2.1节系统控制模块.9第2.2节指南针模块.10第2.3节实时时钟模块.12第2.4节液晶显示电路.12第2.5节系统输入电路.13第3章系统软件.15第3.1节主监控程序.15第3.2节实时时钟驱动.16第3.3节指南针模块驱动.16第3.4节键盘驱动.18第3.5节液晶模块驱动.19第4章系统测试.20第4.1节测试图片.20第4.2节测试分析.22结论.23参考文献.24致谢.25附录.26附录1：实物照片说明.26附录2：电子指南针系统部分源代码.26第0页前言地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。根据磁体同级相斥，异级相吸的普便现象，无论处于何地磁体的南极会指向地球的北极附近；而磁体的北极会指向地球的南极附近。所以磁体这种指向性可以用来确定方向。随着人们对指南针原理认识的不断深入，指南针也由先前笨重的司南发展到现在的便携式指南针。但其基本构造是没有改变，都属于机械指针式，指示的机械结构也基本没有改变。由于机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及寿命上都有一定的限制。指南针是一个重要的导航工具，甚至在GPS中也会用到。随着电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片上的发展使指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。第1页第1章系统总体方案第1.1节系统基本要求本设计的任务是完成基于单片机的电子罗盘的设计系统，主要是设计以单片机为核心和磁阻传感器的电子罗盘，实现方向的实时测量和LCD数字显示，该系统设计方案由硬件系统和软件系统两部分组成。第1.2节原理及系统框图如图1-1是地球某一点的地球磁场向量He的三维图（其中，x和y轴与地球表面平行，z轴垂直指向下）。指南针的基本任务就是测量磁场北极（图中的Heh，即地球磁场的水平分量）与前进方向的夹角（方位角），上图可知：是从磁场的北极顺时针计算的；磁倾角是地球磁场向量与水平面的夹角；磁偏角是地理北极与磁场北极间的夹角，它与地球的实际位置有关。图1-1测量原理图在具体测量时，测量得到的初始角度是磁场北极与前进方向的夹角，而我们知道地理北极与地磁北极是不重合的，他们之间存在被称为磁偏角的角度差，所以真正地地理北极应该是在我们所测得的初始角度的基础是进行磁偏角的补偿所得到的角度。此外，由于地球是球体，指南针受磁场的影响会指向地面而不是指向水平方向，此时水平方向与磁针的真实指向也会存在一个被称为磁倾角的误差角度，因此，对所测量的结果再进行磁倾角的补偿，所得到的结果才会更加的准确。电子指南针的系统主要由磁阻传感器、单片机控制器、液晶显示、蜂鸣器报警电路、按键操作、时钟电路以及系统电源几个部分组成，系统结构图1-2所示。整个系统中前端的磁阻传感器负责测量地磁场的大小并将磁场的变化转化为微弱的第2页电流的变化，专用的磁场测量芯片负责把磁阻传感器变化的电流（模拟量）转换成微控制器可以识别的数字量，然后通过芯片内部的总线上传给微控制器。微控制器将表征当前磁场大小的数字量按照角度方位进行归一化等处理后通过直观的LCD进行角度方位显示，整个系统中还包含了实时时钟，报警等一些辅助电路，使整个系统功能得到进一步的扩展。同时可以通过键盘控制微控制器进行相应的操作，实时时钟的调整，报警角度设置等。此外，电子指南针系统容易受到外界磁场的影响，所以在整个系统设计时应注意设置磁屏蔽壳体，此设置可以极大的减少外界磁场、各种硬铁和软铁对整个系统的干扰。电源CPU液晶显示按键操作晶振电路磁阻传感器报警电路时钟电路图1-2系统总框图第1.3节系统硬件选型1.3.1.磁阻传感器(1)、一维磁阻微电路芯片HMC1052感应磁场如图1-3是HMCI052是一个双轴线性磁传感器，象其它HMC10XX系列传感器，每个传感器都有一个由磁阻薄膜合金组成的惠斯通桥。当桥路加上供电电压，传感器将磁场强度转化为电压输出，包括环境磁场和测量磁场。HMC1052包含两个敏感元件,它们的敏感轴互相垂直。敏感元件A和B,共存于单硅芯片中，完全正交，且参数匹配。HMC1052的尺寸小，低工作电压，而且消除了两个敏感元件引起的非正交误差。除了惠斯通电桥，HMCI052有两个位于芯片上的磁耦合带；偏置带和置位/复位带。敏感元件A和B,都有这两个带。置位/复位带，用于确保精度。偏置带，用于校正传感器，或偏置任何不想要的磁场。在标准的10针外形(MSOP)中，两个敏感元件可以独立上电，用于减少功耗。然而，却不能使用偏置带。若需要偏置带，可以用另一种封装的HMCI052。第3页图1-3HMC1052外部接线图(2)、Philips公司生产的KMZ52感应磁场如图1-4是KMZ52是Philips公司生产的一种磁阻传感器，是利用坡莫合金薄片的磁阻效应测量磁场的高灵敏度磁阻传感器。该磁阻传感器内置两个正交磁敏电阻桥、完整的补偿线圈和设置复位线圈。补偿线圈的输出与当前测量结果形成闭环反馈，使传感器的灵敏度不受地域限制。这种磁阻传感器主要应用于导航、通用地磁测量和交通检测。该磁阻传感器在金属铝的表面沉积了一定厚度的高磁导率的坡莫合金，在翻转线圈和外界磁场两个力的作用下，电子改变运动方向，使得磁敏电阻的阻值发生变化。同时KMZ52的斑马条电阻成45放置，这使得电子在正反向磁场力作用下有较好的对称性。由于加入了翻转磁场，KMZ52的变化曲线与普通的磁敏电阻不同，更加线性化。KMZ52磁阻传感器的核心部分是惠斯通电桥，是由4个磁敏感元件组成的磁阻桥臂。磁敏感元件由长而薄的坡莫合金薄膜制成。在外加磁场的作用下，磁阻的变化引起输出电压的变化。图1-4KMZ52原理图(3)、使用霍尼韦尔HMC5883L各向异性磁阻传感电路第4页如图1-5是霍尼韦尔HMC5883L是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器芯片，应用于低成本罗盘和磁场检测领域。HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在12的12位模数转换器。简易的I2C系列总线接口。HMC5883L是采用无铅表面封装技术，带有16引脚，尺寸为3.03.00.9mm。HMC5883L的所应用领域有手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航系统和个人导航系统。HMC5883L采用霍尼韦尔各向异性磁阻(AMR)技术，该技术领先于其他磁传感器技术。这些各向异性传感器具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特点.传感器具有的对正交轴的低灵敏度的固相结构能用于测量地球磁场的方向和大小，其测量范围从毫高斯到8高斯(gauss)。霍尼韦尔的磁传感器在低磁场传感器行业中是灵敏度最高和可靠性最好的传感器。图1-5HMC5883L传感器引脚图通过对比各传感器特点我们了解到它们的优缺点，HMC5883L三轴磁阻传感器和ASIC都被封装在一起了，不需要外接ASIC，而12-bitADC与低干扰AMR传感器，能在8高斯的磁场中实现2毫高斯的分辨率，且内置驱动器，显得更为优越。霍尼韦尔的磁传感器在低磁场传感器行业中是灵敏度最高和可靠性最好的传感器。综上我们选择传感器方案三，使用霍尼韦尔HMC5883L各向异性磁阻传感电路。1.3.2.其他硬件本设计采用的是LCD1602液晶显示器、型号为STC89C52系统控制芯片、DS1302时钟电路等。第1.4节常见偏差及校正方法1.4.1.磁偏角和磁倾角现在人们已经知道，地球的两个磁极和地理的南北极只是接近，并不重合。磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极，这样磁针指的就不是正南、正北方向而略有偏差，第5页这个角度就叫磁偏角。地球近似球形，所以磁针指向磁极时必向下倾斜，和水平方向有一个夹角，这个夹角称为磁倾角。不同地点的磁偏角和磁倾角都是不相同的。磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。1.4.2.电子指南针的偏差电子指南针运用磁阻技术，而且具有体积小、精度高、稳定性好、价格低等特点，是理想的导航元件。但是地球磁场和电子指南针本身的特点，在测量磁场时会有些偏差，所以要进行传感器偏差补偿、干涉磁场校正、正北校正、倾斜校正等，才能得到正确的结果。1.4.3.传感器偏移补偿在磁场强度为15A/m（地球磁场最小值），传感器灵敏度为典型值80mV/(KA/m)（Vcc=5V）的条件下，指南针模块的输出幅度约为1.2mV；而Vcc=5V时，由于指南针模块本身偏差及温度漂移的影响，最大偏差电压可达到7.5mV，最大温度漂移电压为1.5mV，都比传感器输出电压1.2mV高很多，所以指南针系统的内部偏移补偿是很重要的。应用“跳转技术”可以消除偏移，即在指南针模块的置位/复位线圈中通上正负脉冲电流，传感器的特性和输出信号就会周期地反转，反转传感器信号的幅值包含了需要的磁场信号，而传感器偏移是一个纯直流信号，通过放大级中的高通滤波器，可以除去这一直流信号，同时消除偏差和温漂造成的偏移。图1-6跳转技术波形图图1-6是跳转技术的波形图，a是得到的输出信号，b是滤波去除偏移后的信号，c是翻转后得到的原来信号。在图2-1设计的电路图中，运用MAX392模拟开关来实现正负脉冲电路，它的四路开关可以同时控制两路通道，使两路通道具有更好的一致性；运用达林顿管，可以使正负电流脉冲时间非常短，幅度达到1A，满足了对电流脉冲的要求。1.4.4.干涉磁场校正实际应用中，指南针附近的地球磁场可能会受到其他磁场或附近的含铁金属干扰，第6页为了获得可靠的方位角，有效的补偿上述影响是很必要的。干涉磁场对指南针的影响可以由图1-7（指南针旋转360度时，SCU输出信号Vy-Vx图）进行估计。没有干涉磁场时，图形是一个中心在参考原点，半径为地球磁场强度He的圆。基本的两种干涉磁场是“硬铁效应”和“软铁效应”，“硬铁效应”是由与指南针固定位置的磁体产生的，在测试图中表现为圆心移动到（Hix,Hiy）,Hix和Hiy是干涉磁场的分量；含铁金属对地球磁场的影响表现为“软铁效应”，在测试图中表现为圆的变形。实际中，“硬铁效应”一般比“软铁效应”强的多。图1-7补偿前输出信号图如果忽略软铁效应（倘若指南针附近没有铁性材料，软铁效应是非常微弱的），可以用“双向校正”法校正。指南针在同一地点测得方向相差180度的两个磁场值（H1和H2），储存两个测量值的磁场分量Hx和Hy，由于指南针的磁场等于地球磁场向量He与干涉磁场向量Hi的矢量和（旋转后，He大小相等方向相反；Hi的场源与指南针关系固定，不发生变化），可以得到干涉磁场分量：测得干涉磁场分量后，可以在补偿线圈中通以相应大小的电流，产生反向磁场分量-Hix和-Hiy，以补偿干涉磁场。图1-8补偿后输出信号图图1-7、图1-8是“硬铁效应”补偿前后两组数据的仿真图，补偿前图形大致以（3.5,6.5）为圆心（图1-7），补偿后图形基本上是以（5.0，5.0）为中心（图1-8），“硬铁效应”得到补偿。第7页第2章系统硬件第2.1节系统控制模块本次设计中采用了高速51内核MCU，具体型号为STC89C52，高速8051架构，每个机器周期一个时钟，最高频率33MHz，单周期指令30ns，双数据指针，支持四种页面存储器访问模式。2.1.1.控制器内部结构STC89C52支持片内8KB闪存，在应用编程，可通过串口实现在系统编程。四路8位并行I/O端口，三个定时器，512字节暂存RAM。支持电源管理模式，可编程的时钟分频器，自动的硬件和软件退出低功耗。外设特性：两路全双工串口、可编程看门狗定时器、五级中断优先级、电源失效复位等。2.1.2.控制器具体电路整个系统的控制部分主要完成对指南针模块数据的读取和处理并将数据的处理结果通过控制液晶界面显示出来，同时监控键盘的输入以便完成系统功能设定等操作。图2-1控制器电路图如图2-1是整个系统中各个模块对微控制器的端口占用比较少，指南针模块的接口采用串口与单片机相连。LCD是系统中比较繁忙的器件之一，其接口采用了并口模式可以提高数据的传输速率，保证了液晶显示屏的及时刷新。整个微控制系统中采用了无源晶振的形式发生MCU所需要的时钟信号。时钟电路中的两个电容用作补偿，使得晶振更容易起振，频率更加稳定。系统的复位采用了上电复的形式，上电过程中微控制器复位引脚保证10ms以上的高电平就能可靠的将微控制器复第8页位，具体如图2-2,2-3所示。Y111.0592MC230pXATL1XATL2C330pC110ufR110KVCC图2-2晶振电路图图2-3复位电路图第2.2节指南针模块霍尼韦尔HMC5883L磁阻传感器电路是三轴传感器并应用特殊辅助电路来测量磁场。通过施加供电电源，传感器可以将量测轴方向上的任何入射磁场转变成一种差分电压输出。磁阻传感器是由一个镍铁(坡莫合金)薄膜放置在硅片上，并构成一个带式电阻元件。在磁场存在的情况下，桥式电阻元件的变化将引起跨电桥输出电压的相应变化。这些磁阻元件两两对齐，形成一个共同的感应轴(如引脚图上的箭头所示)，随着磁场在感应方向上不断增强，电压也会正向增长。因为输出只与沿轴方向上的磁阻元件成比例，其他磁阻电桥也放置在正交方向上，就能精密测量其他方向的磁场强度。2.2.1.电源管理图2-4该器件可有两种不同的供电模式。第一个是内部运作的VDD供电电源，第二个是为IO接口供电的VDDIO电源，当然VDDIO的电压可以与VDD电源相近；单电源第9页图2-4HML5883L内部示意图模式，或在VDDIO电压低于VDD的情况下，HMC5883L都能正常运作并能与其他兼容。第10页2.2.2.IC接口控制该装置可以通过IC总线来实现。该装置将作为从机在一个主机(例如：处理器)的控制下连接总线。该装置必须符合I2C-BusSpecification（I2C-总线技术规格标准），作为一个I2C兼容装置，该装置包含一个7-bit串行地址，并支持I2C协议。这一装置可以支持标准和快速模式，分别为100kHz和400kHz，但不支持高速模式(Hs)。还需要外接电阻才能支持这些标准和快速模式。要求主机的活动（寄存器的读取和写入）优先于内部活动，例如：测量。这一优先次序的安排是为了不让主机等待，同时IC总线占用的时间比必需的时间长。2.2.3.置位/复位带驱动的H-桥式电路ASIC包含大型开关FETs，可以传输大而短的脉冲到传感器的置位/复位带。这一置位/复位带在很大程度上是一种电阻性负载。并不需要外部去增加外部置位/复位回路。每次测量时，ASIC会自动完成置位/复位。首先一次置位脉冲产生后进行测量，然后,一次复位脉冲产生后进行测量，两次测量的差值的一半将会被放置在三轴上每根轴的数据输出寄存器上。这样，在所有测量中传感器的内部偏差和温度漂移差值就可以被移除/抵消了。2.2.4.寄存器访问如表2.1列出了寄存器及其访问。所有地址为8bits。表2.1寄存器列表地址名称访问00配置寄存器A读/写01配置寄存器B读/写02模式寄存器读/写03数据输出XMSB寄存器读04数据输出XLSB寄存器读05数据输出ZMSB寄存器读06数据输出ZLSB寄存器读07数据输出YMSB寄存器读08数据输出YLSB寄存器读09状态寄存器读10识别寄存器A读11识别寄存器B读12识别寄存器C读这里介绍读取和写入此装置的过程。该装置使用地址指针来显示该寄存器地点是被读取或写入。这些指针位置从主机发出到从机并成功获得的7位地址加1位读/写标识符。为了尽量减少主机和装置之间的通信，无主机干预下地址指针自动更新。寄存器指示器被读取后将自动的在目前被成功读取的寄存器的地址上加1。地址指针本身不能通过I2C总线被读取。任何试图去读取不存在的地址返回为0s，任何去写不存在的地址或者是未第11页定义的bit写入定义的地址都将会被该装置予以忽略。为将地址指针移到随机存储器位置，首先发出一个“写”到寄存器地址，在指令后不带数据位。例如，要让地址指针指向寄存器10，发出的指令为0x3C0x0A。第2.3节实时时钟模块系统采用了DS1302实时时钟芯片为系统提供实时时钟。DS1302是美国DALLS公司推出的一款高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。整个时钟部分的电路如图2-5所示。图2-5时钟电路图DS1302是一款穿行时钟芯片，主要由移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟以及RAM组成。为初始化数据传送，把RST置为高电平且把提供地址和命令信息的8位装入到移位寄存器。数据在SCLK的上升沿串行输入。无论是读周期还是写周期，也无论是单字节还是多字节传送，开始8位指定40个字节中的被访问字节。在开始8个时钟周期把命令字装入移位寄存器之后，另外的时钟在读操作时输出数据，在写操作时输入数据。其读写时序图如图2-6所示。图2-6时钟读写时序图第2.4节液晶显示电路第12页本次设计采用了单色液晶显示屏（LCD）作为系统的显示界面，具体的型号为LCD1602，该LCD采用了KS0066控制芯片作为显示控制核心。微控制器只需要对KS0066芯片进行操作便可以完成对LCD屏的相关操作，使用非常方便。模块内部原理如图2-7所示。LCDControllerLSIKS0066orEqv.VssVddVoRSR/WEDB0丨DB7LCDPANEL16Charactersx2LinesSegmentdriver16COM40SEG40SEG图2-7LCD1602内部原理整个LCD中KS0066负责对LCD行列驱动器16COM和40SEG进行控制。微控制器只需要按照KS0066给定的指令格式进行相应的操作即可。其数据和指令的读写时序如图2-8所示。图2-8LCD1602读写时序图第2.5节系统输入电路如图2-9所示系统采用了5键输入以实现系统功能的设定，如系统时间的调整、报警角度等。由于系统中的其他模块对微控制器的端口占用较少还有很多没有使用的端口，第13页键盘连接上直接采用了独立按键形式。第14页图2-9独立按键电路图以上是系统各个硬件部分的阐述，以下是整个系统的总电路。系统总电路中包含了系统主控制电路、指南针模块、实时时钟、及其逻辑控制电路，扩展接口和相关辅助电路。系统的总体电路采用Protel99SE设计，如图2-10所示。图2-10系统总体电路图第15页第3章系统软件第3.1节主监控程序整个监控系统中各个模块间存在一定的先后顺序且程序模块数量较少，为了减少系统的程序量，设计过程中系统的监控程序采用了传统的前后台方式。整个监控程序主要由指南针模块驱动、液晶驱动、实时时钟驱动和串口驱动组成。当系统上电后，最先执行的就是对系统初始化的代码，其中主要包括对系统内部定时器、实时时钟、LCD驱动、指南针模块的初始化。系统初始化完成时对指南针模块进行读取，此时指南针模块将读取命令进行方向测量，其后将得到的数据发送至微单片机，单片机根据得到的数据驱动LCD进行相应的显示，随后单片机将对系统键盘端口进行扫描，并根据扫描得到的键值进行相应的处理。整个系统监控程序流程如图3-1所示。初始各模块获取传感器数据数据处理转换为液晶显示数据判断、显示方位开始显示角度信息图3-1主监控程序流程图第16页第3.2节实时时钟驱动实时时钟为整个系统的运行提供实时数据。本次设计采用的DS1302实时时钟芯片采用串行接口，对它的所有操作直接通过对其内部线性的CMOSRAM区进行操作即可即对DS1302的操作主要是通过串行口数据对其内部RAM进行读写。整个驱动流程如图3-2所示。是否读操作是否操作时钟设置DS1302为写且设置DS1302器件地址为写地址设置DS1302为读且设置DS1302器件地址为读地址启动总线并根据器件子地址进行数据写操作启动总线并根据器件子地址进行数据读操作NYNY开始操作完成返回图3-2时钟模块流程图第3.3节指南针模块驱动HMC5883L是一款集成IIC总线接口的数字传感器，而STC12单片机没有IIC接口，所以采用在单片机上模拟IIC通讯时序与HMC5883L进行通信，而HMC5883L可以采用单字节读取和多字节读取方式，在本设计中采用的是多字节读取方式，一次将XYZ的值读到单片机内。程序的流程如图3-3所示。第17页IICStart写信号发送设备地址发送读取单元地址IICStart读信号连续读取磁场数据读完?NY开始IICStop信号图3-3指南针模块工作流程在整个指南针模块程序的设计过程中最主要的也就是其数据的处理，直接关系到系统的精度。均匀转动指南针模块得到的地磁场强度分布，未经处理的地磁场强度在不同方向上的分布是不同的，经过归一化后，可以很好的将其归一化为圆，使得在各个方向上的磁场强度均匀，这样既可以方便进行角度计算又可以提高测量精度。将磁场强度归一化后，直接对X,Y轴的强度进行计算就可以得到当前方向与正北方向的夹角，如图3-4第18页所示。图3-4指南针方向计算示意图第3.4节键盘驱动系统中将按键电路中各个独立按键分别与单片机的P14、P15、P16、P17、P20、P21引脚进行连接，此按键是低电平有效，当有键按下时，与按键相连接的单片机引脚检测到这个信号，然后进行相应的处理后再输出。为防止按键闭合是得抖动的干扰，在驱动程序中需要加延时消抖，以消除误按按键带来的影响。软件消抖即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序.（如图3-5所示）第19页检测是否有键按下？检测是否有键按下？检测是否有键按下？YYYNNN开始延时10ms寄存器初始化单片机I/O端口初始化执行相应代码图3-5按键检测流程图第3.5节液晶模块驱动液晶显示驱动处于系统的最后端，属于人机交互界面。直观的液晶显示能够使得系统更容易操控。本次设计采用了LCD1602点阵的液晶模块。LCD1602是一个非常简单的显示设备，相比于数码管而言，它是反射式显示设备即外界的光强时它才会有显示，所以黑夜是看不到显示的而必须加背光。LCD1602有两行每行16个单元共32个单元的显示单位。整个LCD驱动的流程图如3-6所示。第20页初始化液晶设置写数据地址向地址中写入数据检测是否忙显示NY开始延迟图3-6LCD1602工作流程图第21页第4章系统测试第4.1节测试图片以北方位为0，东方位为90，南方位为180，西方位为270进行测试。以手机上的指南针最为参考值与毕业设计的实物进行对比。图4-1参考方位为230时图4-2参考方位为210时第22页图4-3参考方位为180时图4-4参考方位为270时如图4-1、4-2、4-3、4-4所示，测得了四组数据得到如表5.1。表4.1数据列表参考度数测量度数误差度180199.419.4210215.35.3230223.2-6.8270254.2-15.8第23页第4.2节测试分析在测试过程中，移动指南针模块到不同的方向都能较为正确的将测量到的方向信息形象地显示在LCD液晶屏上。由于接入了实时实钟模块，在LCD液晶屏上也能正确的显示当前的时间。同时，通过键盘成功的调节了时间，也能控制电子指南针进行实际的操作。但是焊接技术不是非常的过硬和受到外界磁场和信号的干扰，导致系统的稳性不是很好，同时实际测量到的方向角度总是有误差。第24页结论本次毕业设计的电子指南针系统包含了磁场传感器、微控制器、显示部件、输入部件和实时时钟等部分，微控制器通过对磁场传感器配套的ASIC进行读取获得当前方向地磁场的强度，通过一定的运算后由直观的液晶界面显示出来，并可通过微控制器的串口和独立按键进行数据的交互。在整个设计系统中充分掌握各模块电路的工作原理，对硬件电路进行设计，并使用C语言编写全部的驱动程序。该指南针系统用于方位指示实测精度可以达到1、功耗小、显示直观、携带方便，可作为出行、旅游、导航的必备之物，具有较高的经济适用价值。因为个人在知识面和能力方面还有限，再加上条件的限制，电子指南针的采样精度和抗干扰能力等各项技术指标的提高、诸多功能的完善还需要进一步的研究和开发，此外在完成基本功能的基础上，还需要努力提高软件的效率、硬件系统的稳定性、进一步降低系统功耗等。第25页参考文献1.邵婷婷,马建仓,胡士峰,王超.电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究J.传感技术学报,2007,(06).2.邱丹,黄圣国.电子罗盘在航向系统的应用J.江苏航空,2006,(02).3.周航慈,吴光文.基于嵌入式实时操作系统的程序设计技术M.北京:北京航空航天大学出版社,2006.4.任哲.嵌入式实时操作系统uC/OS-II原理及应用M.北京:北京航空航天大学出版社，2006.5.黄志伟编著.全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2006.6.姜立中.电子罗盘J.电子世界,1999,(06).7.蒋贤志.数字电子罗盘误差分析及校正技术研究J.现代雷达,2005,(06).8.汪雪莲.电子罗盘的方位测量误差及其补偿校正J.声学与电子工程,2005,(04).9.赵毅强,管大年,陈豪敏.电子罗盘在精确定位平台中的应用J.传感技术学报,2005,(01).10.BonnieBaker.嵌入式系统中的模拟设计M,北京:北京航空航天大学出版社.2006.第26页致谢本课题在选题及研究过程中得到老师的悉心指导。吴老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。吴老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。对吴老师的感激之情是无法用言语表达的。谨在此表示感谢！感谢学校对我的教育培养。四年来的学习不但使我学到了知识，更让我学会了如何与人相处。学校的教育让我退去了当初的稚嫩，使我快速成长，现在的我已经可以融入社会并去创造属于我的事业。在此对学校表示感谢，祝愿学校的明天更加美好！感谢我的室友们，从遥远的家来到同一个城市里。时间飞快，仿佛就在昨天，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，是你们维系着寝室那份家的融洽，是你们与我共担挫折困难，是你们与我一同学习成长。愿离开寝室的我们开开心心。我们在一起的日子，我会铭记一生。感谢我的父母，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！第27页附录：中英文文献翻译名称用于侧向导航仪器：指南针第28页附录1：实物照片说明附录2：电子指南针系统部分源代码1.DS1302时钟模块子程序：/*DS1302写命令(一次写1位)*voidwrite_ds1302_byte(uchardat)uchari;for(i=0;i1;sck=1;/*向DS1302某个地址中写入数据*voidwrite_ds1302(ucharadd,uchardat)rst=