stm32電子指南針

1、 小型智能電子終端 課程設(shè)計(jì)說明書題 目： 電子指南針 院 （系）： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電子1102 學(xué)生姓名： 王金輝 學(xué) 號(hào)： 20111185061 指導(dǎo)教師： 徐琴 20 14 年 6 月 9 日至20 14 年 6 月 25 日華中科技大學(xué)武昌分校制 小型智能電子終端 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目電子指南針二、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容（1） 廣泛查找文獻(xiàn)資料，認(rèn)真研究，反復(fù)論證，精心設(shè)計(jì)技術(shù)方案。（2） 嚴(yán)格遵守各項(xiàng)紀(jì)律，勤奮學(xué)習(xí)，認(rèn)真思考，敢于挑戰(zhàn)困難并勇于創(chuàng)新。（3） 較為深入的掌握ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、編程方法，初步了解ARM應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)方法及手段，較熟練地

2、掌握ARM處理器幾種重要的片內(nèi)外設(shè)（定時(shí)器、PLL、I2C、RTC等）的基本原理及編程方法，初步掌握ARM處理器外圍電路的擴(kuò)展方法。（4） 通過三軸加速度傳感器檢測(cè)到的偏差角度，再傳送到ARM芯片處理，送到顯示屏顯示此時(shí)的方位。（5） 分析結(jié)果，獨(dú)立撰寫設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告陳述自己的觀點(diǎn)，格式應(yīng)嚴(yán)格遵守學(xué)校規(guī)范。內(nèi)容盡量翔實(shí)，其中必須要有自己獨(dú)立的見解和認(rèn)識(shí)。三、原始資料硬件資源：TFT的顯示屏，STM32的實(shí)驗(yàn)板，GY271三軸加速度傳感器，燒錄線設(shè)計(jì)指導(dǎo)書：ARM系統(tǒng)板配套光盤四、要求的設(shè)計(jì)成果（1）在顯示屏上顯示具體方位。（2）撰寫課程設(shè)計(jì)說明書，要求簡(jiǎn)潔、通順，格式規(guī)范，設(shè)計(jì)方案正確，實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3、路線明確，論述內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范，數(shù)據(jù)、資料真實(shí)可靠，軟件程序運(yùn)行良好。（3）要求有完整的電路設(shè)計(jì)原理圖及軟件源代碼。五、進(jìn)程安排（1）第 1 天：任務(wù)布置及相關(guān)知識(shí)講解（2）第2-3天：資料查閱與方案制定（3）第4-8天：硬件設(shè)計(jì)、程序編制與調(diào)試階段（4）第 9 天：撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告（5）第 10 天：答辯與考核階段六、主要參考資料1 田澤. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程. 北京航空航天工業(yè)大學(xué)出版社，2005.2 郭榮佐，王霖. 嵌入式系統(tǒng)原理.北京航空航天大學(xué)出版社，.2008.3 周根林.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用.南京大學(xué)出版社, 2006.4 譚浩強(qiáng). C語言程序設(shè)計(jì)（第2版）.清華大學(xué)出

4、版社，20085 丁峰. ARM系統(tǒng)開發(fā)從實(shí)踐到提高. 中國(guó)電力出版社，2007.6 游雨云. 單片機(jī)PWM信號(hào)控制智能小車的實(shí)現(xiàn)方法.技術(shù)與市場(chǎng), 2009,（12）7 袁新娜，余紅英，超聲波傳感器在智能小車避障系統(tǒng)中的應(yīng)用. 大眾商務(wù)教育版（民辦教育研究），2009，(8)指導(dǎo)教師（簽名）： 20 年 月 日目錄1.前言12.總體設(shè)計(jì)方案22.1總體設(shè)計(jì)23硬件設(shè)計(jì)33.1 STM3233.2顯示模塊44.軟件設(shè)計(jì)64.1 12864模塊64.2 主函數(shù)模塊75.系統(tǒng)調(diào)試106.結(jié)論117. 心得與體會(huì)131.前言指南針是用以判別方位的一種簡(jiǎn)單儀器,是一種重要的導(dǎo)航工具，可應(yīng)用在多種場(chǎng)合中

5、。指南針的前身是中國(guó)古代四大發(fā)明之一的司南。主要組成部分是一根裝在軸上可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁針。磁針在地磁場(chǎng)作用下能保持在磁子午線的切線方向上。磁針的北極指向地理的北極，利用這一性能可以辨別方向。常用于航海、大地測(cè)量等方面。隨著人們對(duì)指南針原理認(rèn)識(shí)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。但其基本構(gòu)造是沒有改變的，都是屬于機(jī)械的指針式，其指示的機(jī)械結(jié)構(gòu)基本上沒有改變，都是利用某種支撐使得磁針能夠受到地磁場(chǎng)的影響而自由的旋轉(zhuǎn)。由于機(jī)械的先天因素導(dǎo)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。由于國(guó)內(nèi)外電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是在磁傳感器和專用芯片上的發(fā)展

6、使能指南針的基本實(shí)現(xiàn)機(jī)理有了質(zhì)的改變，不再是機(jī)械結(jié)構(gòu)而采用了磁場(chǎng)傳感器和專用處理器對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量和處理后指示方向，這就是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的電子式指南針。電子指南針內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定，沒有移動(dòng)部分，可以簡(jiǎn)單地和其它電子系統(tǒng)接口，因此可代替舊的磁指南針。并以精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)得到了廣泛運(yùn)用。本設(shè)計(jì)采用Honeywell公司的各向異性磁阻(AMR)傳感器芯片HMC5883L。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，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)、能使指南針精度

7、控制在1°2°的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。簡(jiǎn)易的I2C系列總線接口。HMC5883L采用霍各向異性磁阻(AMR)技術(shù)，該技術(shù)領(lǐng)先于這些各向異性傳感器具有在軸向高靈敏度和線性高精度的特點(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)量范圍從負(fù)8高斯到 8 高斯(gauss)。本文介紹了電子指南針的工作原理及電路硬件及軟件的設(shè)計(jì)，同時(shí)給出了其抗干擾設(shè)計(jì)以及信號(hào)和數(shù)據(jù)的處理方法。02.總體設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì) 通過以上測(cè)量分析思路所得傳感器信號(hào)，經(jīng)過STM32數(shù)據(jù)預(yù)處理和算法補(bǔ)償后在上傳到12864液晶屏上顯示。結(jié)合以上各方案選擇及設(shè)計(jì)思路可得出以下總體

8、方案框圖。STM32最小系統(tǒng)HMC5883L(磁阻傳感器+ASIC)I2C電源12864顯示器圖2.2 總體方案設(shè)計(jì)框圖3硬件設(shè)計(jì)對(duì)于此次電路設(shè)計(jì)，我們采用的是老師給的STM32最小系統(tǒng)，外加顯示模塊，我們是采用12864LCD來顯示；三軸加速度傳感器模塊我們采用的是GY271傳感器。由于板子上的高低電平引腳不夠，我們自己外擴(kuò)了引腳模塊。3.1 STM32 STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品

9、中性能最高的產(chǎn)品；基本型時(shí)鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價(jià)格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。其參數(shù)與主要特點(diǎn)如下：1.參數(shù)： 2V-3.6V供電, 容忍5V的I/O管腳, 優(yōu)異的安全時(shí)鐘模式, 帶喚醒功能的低功耗模式, 內(nèi)部RC振蕩器 ,內(nèi)嵌復(fù)位電路 ,工作溫度范圍：-40°C至+85°C或105°C。2.特點(diǎn)：(1)內(nèi)核：ARM32位

10、Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。單周期乘法和硬件除法。(2)存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器。(3)時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測(cè)器（PVD）。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時(shí)鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振。(4)低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份寄存器供電的VBAT。(5)調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG

11、接口。(6)DMA：12通道DMA控制器。支持的外設(shè)：定時(shí)器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。(7)2個(gè)12位的us級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換器（16通道）：A/D測(cè)量范圍：0-3.6 V。雙采樣和保持能力。片上集成一個(gè)溫度傳感器。(8)2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE獨(dú)有。(9)最多高達(dá)112個(gè)的快速I/O端口：根據(jù)型號(hào)的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16個(gè)外部中斷向量。除了模擬輸入，所有的都可以接受5V以內(nèi)的輸入。(10)最多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器：4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有4個(gè)IC/

12、OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位的6通道高級(jí)控制定時(shí)器：最多6個(gè)通道可用于PWM輸出。2個(gè)看門狗定時(shí)器（獨(dú)立看門狗和窗口看門狗）。Systick定時(shí)器：24位倒計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC。(11)最多多達(dá)13個(gè)通信接口：2個(gè)IIC接口（SMBus/PMBus）。5個(gè)USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，調(diào)試控制）。3個(gè)SPI接口（18 Mbit/s），兩個(gè)和IIS復(fù)用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。(12)ECOPACK封裝：STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封裝形式。3.2顯示模塊 12864是128

13、*64點(diǎn)陣的圖形型液晶顯示模塊，控制器ST7920.可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16*16點(diǎn)陣），128個(gè)字符（8*16點(diǎn)陣）及64*256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAAM).可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理器：8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示，畫面移位，睡眠模式等。 圖3.1.1 12864LCD引腳圖 圖3.1.2 引腳說明圖模塊的外部接口 ： 1、邏輯工作電壓(VDD)：3.3V5.3V(默認(rèn)出貨為 5V）模塊在 V0 懸空時(shí)邏 輯電壓 5V 顯示最佳 2、電源地(GND)：0V 3、工作溫度(Ta)： -2075（寬溫）-30-80（默認(rèn)出貨是寬

14、溫-20-70）4.軟件設(shè)計(jì)4.1 12864模塊 在設(shè)計(jì)該模塊代碼時(shí)，最主要的就是驅(qū)動(dòng)程序。在12864液晶顯示屏的初始化代碼寫好了，需要檢測(cè)是否處于忙碌狀態(tài)，一切正常進(jìn)行后就可以開始自己的設(shè)計(jì)了。在其中運(yùn)用最多的就是寫地址與寫數(shù)據(jù)，在寫了地址之后才能進(jìn)行寫數(shù)據(jù)，我一共定義了兩個(gè)用于寫現(xiàn)實(shí)的函數(shù)：void lcd_write_string(unsigned char x,unsigned char y,u8 *ch)和void lcd_write_x(unsigned char x,unsigned char y,unsigned int num,unsigned char len,unsi

15、gned char mode)下面為這兩個(gè)函數(shù)的代碼，在void lcd_write_string（）中x,y為坐標(biāo)，char為字符串，在void lcd_write_x（）中，x,y為坐標(biāo)，num為數(shù)字，len為所寫的長(zhǎng)度限制，mode表示開顯示。void lcd_write_string(unsigned char x,unsigned char y,u8 *ch) lcd_pos(x,y); while(*ch!='0') lcd_dat(*ch); ch+; void lcd_write_x(unsigned char x,unsigned char y,unsigne

16、d int num,unsigned char len,unsigned char mode) u8 t,temp;u8 enshow=0; lcd_pos(x,y); for(t=0;t<len;t+)temp=(num/lcd12864_Pow(10,len-t-1)%10;if(enshow=0&&t<(len-1)if(temp=0)if(mode) lcd_dat(' ');else lcd_dat('0'); continue;else enshow=1; lcd_dat(temp+'0'); 4.2 主函

17、數(shù)模塊 在主函數(shù)中，一開始就是對(duì)自己所要用的所有模塊進(jìn)行初始化，這樣接下來才能成功調(diào)用，寫了羅盤自檢之后就是現(xiàn)實(shí)程序了，現(xiàn)實(shí)代碼如下：while(1)HMC5883_Angle = HMC5883_AngelInDegrees();lcd_write_string(1,0,"電子指南針");lcd_write_string(3,0,"王金輝 曾立制作");if( HMC5883_Angle < 90&&HMC5883_Angle > 0|HMC5883_Angle = 0)lcd_write_string(2,0,"

18、東偏南");lcd_write_x(2,3,HMC5883_Angle,2,0);lcd_write_string(2,4,"度");if( 90 <HMC5883_Angle &&HMC5883_Angle < 180|HMC5883_Angle = 90)HMC5883_Angle = 180 - HMC5883_Angle;lcd_write_string(2,0,"西偏南");lcd_write_x(2,3,HMC5883_Angle,2,0);lcd_write_string(2,4,"度&quo

19、t;);if( 180 <HMC5883_Angle &&HMC5883_Angle< 270|HMC5883_Angle = 180)HMC5883_Angle = HMC5883_Angle - 180;lcd_write_string(2,0,"西偏北");lcd_write_x(2,3,HMC5883_Angle,2,0);lcd_write_string(2,4,"度");if( 270 <HMC5883_Angle &&HMC5883_Angle< 360|HMC5883_Angle =

20、 270)HMC5883_Angle = 360 - HMC5883_Angle;lcd_write_string(2,0,"東偏北");lcd_write_x(2,3,HMC5883_Angle,2,0);lcd_write_string(2,4,"度");由于處于正東方向的時(shí)候只是一瞬間的，所以一開始準(zhǔn)備現(xiàn)實(shí)正東是不可能的，函數(shù)一直在寫，所以正東的現(xiàn)實(shí)是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以我就把正東、正南、正北、正西添加到了相應(yīng)的角度顯示中。主函數(shù)當(dāng)中主要就是寫顯示，利用處理過得到的角度值來進(jìn)行顯示。5.系統(tǒng)調(diào)試在系統(tǒng)調(diào)試當(dāng)中，主要用到的就是12864，在上面的現(xiàn)實(shí)看

21、是否與自己想要的結(jié)果一樣，不一樣則再次進(jìn)行調(diào)試，其中首先進(jìn)行的就是看硬件是否有問題。在12864中，我首先就是寫了簡(jiǎn)單的代碼，設(shè)置坐標(biāo)后顯示簡(jiǎn)單的字符，看輸出是否為自己所想要的，如果是，則可以開始寫自己的任務(wù)中所要完成的顯示，在GY_271初始化好了之后，利用其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)處理后送到顯示器上面顯示，看是否與理論的相符，這樣可以判斷自己在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候是否有錯(cuò)誤并加以改正，在確認(rèn)無誤之后，再轉(zhuǎn)化為東偏南、東偏北、西偏南、西偏北與之相符的位置，其中，在0度的時(shí)候指的方向?yàn)檎龞|方向。在調(diào)試的過程中，我開始想著到了0度、90度、180度、270度的時(shí)候可以分別顯示為正東方向、正南方向、正西方向、和正北方向，而在動(dòng)傳感器的時(shí)候始終都不會(huì)顯示這幾個(gè)方向，最后分析了一下發(fā)現(xiàn)：角度是一直在測(cè)的，由于傳感器不可能處于絕對(duì)的這幾種