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1、二維高精度液晶顯示電子指南針設(shè)計(jì)摘要早期的指南針采用了磁化指針和方位盤的組合方式，整個(gè)指南針從便攜性、指示靈敏度上都有一定。本系統(tǒng)采用的磁場(chǎng)傳感器結(jié)合高速微控制器（MCU）的電子指南針能有效解決這些問題。系統(tǒng)采用了磁阻（GMR）傳感器某一方向磁場(chǎng)強(qiáng)度后通過(guò)MCU 控制器對(duì)其進(jìn)行處理并顯示上傳，通過(guò)對(duì)電子指南針硬件電路和程序的分析，闡述了電子指南針基本的工作原理及實(shí)現(xiàn)。實(shí)際測(cè)試指南針模塊精度達(dá)到 1，能夠在 LCD 上顯示當(dāng)前方位并能通過(guò)鍵盤控制上傳指南針處理得到的數(shù)據(jù)到上位機(jī)。：電子指南針；GMR；MCU；LCDThe design of Two-dimenal High-preciLCD E

2、lectronic CompassAbstractSince the early use of a magnetic compass and direction-poer of thecomition, the entire compass from scratch, on the instructions of a certainsensitivity of the defect. Using a dedicated high-speed magnetic sensors with microcontroller (MCU) electronic compass can effectivel

3、y solve these problems.The system is designed by the reluctance (GMR) sensors collecting a certaindirection through the magnetic field strengfter the MCU Controller its judgementwill be dealt with the results, through the LCD screen display and can be sent to theMCUs top serial Machine. The actual t

4、est compass module can reach 1 ,he LCDdisplay on the currentition of the keyboard and through selective compaploadthe data prosing.Key words: Electronic compass; GMR; MCU; LCD目錄總頁(yè)數(shù)：18 頁(yè)引言111.11.21.3課題背景1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1本課題研究的意義123系統(tǒng)框圖及原理1磁場(chǎng)信號(hào)和處理2磁阻傳感器3磁場(chǎng)測(cè)量 ASIC3系統(tǒng)硬件54.1 系統(tǒng)控制器544.1.14.1.24.1.3結(jié)構(gòu)5結(jié)構(gòu)5控制器控制器控制器

5、具體電路64.2 系統(tǒng)擴(kuò)展電路84.2.14.2.24.2.34.2.44.2.5系統(tǒng)通信電路8指南針模塊接口電路9實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路9液晶顯示電路10系統(tǒng)輸入電路11.13程序1355.15.25.3主實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)14人機(jī)界面驅(qū)動(dòng)14液晶模塊驅(qū)動(dòng)14鍵盤驅(qū)動(dòng)14指南針模塊驅(qū)動(dòng)15結(jié)論16參考文獻(xiàn)16致謝17聲明18引言課題背景指南針的發(fā)明是我國(guó)勞動(dòng)人民，在長(zhǎng)期的實(shí)踐中對(duì)物體磁性認(rèn)識(shí)的結(jié)果。由于生產(chǎn)勞動(dòng)，人們接觸了磁礦石，開始了對(duì)磁性質(zhì)的首先發(fā)現(xiàn)了磁石引鐵的性質(zhì)。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了磁石的指向性。經(jīng)過(guò)多方的實(shí)驗(yàn)和研究，終于發(fā)明了可以實(shí)用的指南針。指南針的始祖大約出現(xiàn)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期。它是用天然磁石制成的。樣子象一

6、把湯勺，圓底，可以放在平滑的“地盤”上并保持平衡，且可以旋轉(zhuǎn)。當(dāng)它的時(shí)候，勺柄就會(huì)指向南方。古人稱它為“”。由青銅盤和天然磁體制成的磁勺組成，青銅盤上刻有二十四向，置磁勺于盤中心圓面上，指向?yàn)槟?。時(shí)，但磁。所以也有許多缺陷，天然磁體不易找到，在加工時(shí)容易因打擊、受熱而失的磁性比較弱，而且它與地盤接觸處要非常光滑，否則會(huì)因轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力過(guò)大，而難于旋轉(zhuǎn)，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的指南效果。而且有一定的體積和重量，攜帶很不方便，使得1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀長(zhǎng)期未得到廣泛應(yīng)用。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“”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

7、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)的影響而的旋轉(zhuǎn)。由于機(jī)械的導(dǎo)致了指針式指南針在便攜性、靈敏度、精度以及使用別是在磁傳感器和上都有一定的限制。由于國(guó)內(nèi)外電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特（ASIC）上的發(fā)展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)傳感器和處理器對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)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。1.3 本課題研究的意義本課題針對(duì)電子指南針的各個(gè)功能對(duì)電子指南針的關(guān)鍵部分做了詳細(xì)的研究。電子指南針系統(tǒng)是一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)，了解其工作原理及其信號(hào)處理流程有利于研究更加復(fù)雜的系統(tǒng)，特別是系統(tǒng)中來(lái)自國(guó)外的磁傳感器及其信號(hào)應(yīng)用。

8、更是有利于研究磁場(chǎng)傳感器的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，以便將其更加廣泛的2 系統(tǒng)框圖及原理電子指南針的系統(tǒng)主要由前端磁阻傳感器、磁場(chǎng)測(cè)量轉(zhuǎn)換、單片控制器、輔助擴(kuò)展電路、人機(jī)界面以及系統(tǒng)電源幾個(gè)部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.1所示。圖 2.1系統(tǒng)框圖整個(gè)系統(tǒng)中前端的磁阻傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量地磁場(chǎng)的大小并將磁場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)化為微弱的電流的變化，的磁場(chǎng)測(cè)量負(fù)責(zé)把磁阻傳感器變化的電流（模擬量）轉(zhuǎn)換成微控制器可以識(shí)別的數(shù)字量，然后通過(guò)的SPI 總線上傳給微控制器。微控制器將表征當(dāng)前磁場(chǎng)大小的數(shù)字量按照方位進(jìn)行歸一化等處理后通過(guò)直觀的LCD 進(jìn)行方位顯示，同時(shí)可以通過(guò)鍵盤控制微控制器進(jìn)行相應(yīng)的操作，如將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)串口的形式發(fā)送到

9、上位機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)中還包含了實(shí)時(shí)時(shí)鐘等一些輔助電路，使整個(gè)系統(tǒng)功能得到進(jìn)一步的擴(kuò)展。3 磁場(chǎng)信號(hào)和處理該部分主要完成對(duì)地磁場(chǎng)的測(cè)量、A/D 轉(zhuǎn)換以及對(duì)數(shù)據(jù)的封包。整個(gè)前端的信號(hào)處理流程如圖 3.1 所示。圖 3.1前端信號(hào)3.1 磁阻傳感器整個(gè)磁阻傳感器是系統(tǒng)中最前端的信號(hào)測(cè)量器件，傳統(tǒng)的磁場(chǎng)測(cè)量都是采用了電感線圈的形式，在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，由于需要測(cè)量的是非常微弱的地磁場(chǎng)，地球表面赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)度在 0.290.40之間，兩極處的強(qiáng)度略大，地磁北極約 0.61，南極約 0.68。傳統(tǒng)的普通電感線圈的形式在如此微弱的磁場(chǎng)環(huán)境下感應(yīng)產(chǎn)生的電流是非常微弱的，不便于 A/D 采樣，增加了測(cè)量的難度。基于

10、普通電感線圈測(cè)量的，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了磁阻傳感器來(lái)測(cè)量地址磁場(chǎng)的強(qiáng)度。磁阻傳感器是根據(jù)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的原理，當(dāng)在鐵磁合金薄帶的長(zhǎng)度方向施加一個(gè)電流時(shí)，如果在垂直于電流的方向再施加磁場(chǎng),鐵磁性材料中就有磁阻的非均質(zhì)現(xiàn)象出現(xiàn)，從而引起合金帶自身的阻值變化。如圖 3.2 所示。由圖中可以看出當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)鐵磁合金的電阻會(huì)跟著變化，如果此時(shí)的電流不變，那么鐵磁合金兩端的電壓將發(fā)生變化，這樣使用 ADC 就可以很方便的測(cè)量出當(dāng)前對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)大小。圖 3.2磁阻傳感器原理及其外形該傳感器體積非常小，測(cè)量精度高，最小分辨率可達(dá) 0.00015磁場(chǎng)已經(jīng)足夠。3.2 磁場(chǎng)測(cè)量 ASIC通過(guò)磁阻效應(yīng)可以把磁場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換成

11、對(duì)應(yīng)變化的電流，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換就，測(cè)量地可以得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。ADC 這部分主要有的磁場(chǎng)測(cè)量來(lái)完成。本次能夠同時(shí)對(duì) 3設(shè)計(jì)中使用了著名 PNI 公司的 PNI11096 磁場(chǎng)測(cè)量 ASIC，該軸磁場(chǎng)強(qiáng)度（既X，Y，Z 軸）進(jìn)量。這樣可以使用Z 軸來(lái)進(jìn)行傾角校正，提高測(cè)量精度。在整個(gè)PNI11096 信號(hào)處理電路中包含了 3 個(gè)主要的部分： 前端信號(hào)處理：由于地磁場(chǎng)非常的微弱，使用 SEN-R65 傳感器轉(zhuǎn)換后其信號(hào)也是非常的微弱。那么需要在信號(hào)前端加入信號(hào)放大和濾波整形電路，這樣使得 A/D 能夠準(zhǔn)確測(cè)量當(dāng)前磁場(chǎng)大小，如 3.3 所示。圖 3.3磁阻傳感器的驅(qū)動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換電路：這部分主

12、要完成對(duì)SEN-R65 磁阻傳感器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 數(shù)據(jù)接口電路：這部分組要完成對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式封裝，并在上位 MCU 的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。整個(gè)PNI11096 和傳感器的連接電路如圖 3.4 所示。圖 3.4PNI11096 傳感器原理圖該集成了 3 軸傳感器驅(qū)動(dòng)電路，可以測(cè)量X，Y，Z 三軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度，Z 軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以用來(lái)校正水平面，使得X，Y 軸的測(cè)量更為的精確。整個(gè)指南針模塊的電路。圖 3.5指南針模塊總電路圖系統(tǒng)硬件系統(tǒng)控制器控制器結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)中采用了高速 51 內(nèi)核 MCU，具體型號(hào)為 DS89C450，高速 8051架構(gòu)，每個(gè)機(jī)器周期一

13、個(gè)時(shí)鐘，最高頻率 33MHz，單周期指令 30ns，雙數(shù)據(jù)指器模式。片內(nèi) 64KB 閃存，在應(yīng)用編程，可通過(guò)串口針，支持四種頁(yè)面實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程，MOVX 可的 1KB SRAM。與 8051 系列端口兼容，四路雙向，8 位I/O 端口，三個(gè) 16 位定時(shí)器，256 字節(jié)暫存RAM。源管理模式，全雙工串可編程的時(shí)鐘分頻器，自動(dòng)的硬件和退出低功耗。外設(shè)特性：口、可編程看門狗定時(shí)器、13 個(gè)中斷源、五級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)、電源失效復(fù)位、電源失效早期中斷和可降低EMI。4.1.2 控制器結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的 51 系列沒有或僅有非常小的程序器，這就需要通過(guò)外部總線進(jìn)行器的擴(kuò)展，通常的外部器的擴(kuò)展方法有線選法和譯碼法兩種

14、。兩種方法都需要進(jìn)行較大量的數(shù)據(jù)線和地址線的擴(kuò)展，這樣使得系統(tǒng)電路復(fù)雜且使系統(tǒng)的性能下降。DS89C450含有較大的程序和數(shù)據(jù)器，其片內(nèi)除了 256 字節(jié) RAM區(qū)，還提供片內(nèi) 1KB 的SRAM 和 64KB 的程序器，SRAM器可以用來(lái)保存系統(tǒng)中的常量，加速系統(tǒng)的執(zhí)行效率，64KB 的程序存可以滿足一般工程序器的需求，這樣就有足夠大的區(qū)域來(lái)存放代碼和數(shù)據(jù)而不需要另外的擴(kuò)展外部控制器內(nèi)建的器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路提高了系統(tǒng)的性能?；?DS89C450 微器結(jié)構(gòu)如圖 4.1 所示。圖 4.1系統(tǒng)分配4.1.3 控制器具體電路整個(gè)系統(tǒng)的控制部分主要完成對(duì)指南針模塊數(shù)據(jù)的和處理并將數(shù)據(jù)的處理結(jié)果通過(guò)控

15、制人機(jī)界面顯示出來(lái)，同時(shí)定等操作。鍵盤的輸入以便完成系統(tǒng)功能設(shè)整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)模塊對(duì)微控制器的端口占用比較少，指南針模塊的接口采用了SPI 總線的形式。LCM 是系統(tǒng)中比較繁忙的器件之一，其接口采用了并口模式可以提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，保證了液晶顯示屏的及時(shí)刷新。DS89C450 微控制器自帶 2 個(gè)通用串行口直接引出即可使用，由于系統(tǒng)需要和上位機(jī)（本系統(tǒng)中為PC 機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)通RS-232 標(biāo)準(zhǔn)?？陔娖叫枰D(zhuǎn)換使其滿足控制部分電路如圖 4.2 所示，其中包含了微控制器、LCD 接口電路、端口上拉電阻、系統(tǒng)時(shí)鐘電路和指南針模塊接口電路。圖 4.2系統(tǒng)控制電路整個(gè)微控制系統(tǒng)中采用了無(wú)源晶振的形式發(fā)生M

16、CU 所需要的時(shí)鐘信號(hào)。具體電路如所示。時(shí)鐘電路中的兩個(gè)電容用作補(bǔ)償，使得晶振更容易起振，頻率更加穩(wěn)定。系統(tǒng)的復(fù)位采用了上電復(fù)的形式，上電過(guò)程中微控制器復(fù)位引腳保證10ms 以上的就能可靠的將微控制器復(fù)位。圖 4.3系統(tǒng)時(shí)鐘和復(fù)位電路系統(tǒng)擴(kuò)展電路通信電路在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中采用了串口作為系統(tǒng)與外界的通4.4 所示?？?，通信部分電路圖由于單片機(jī)的 TTL 電平和 RS-232 協(xié)議的電平不同，需要 MAX232 進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。圖 4.4串口通信電路在本次設(shè)計(jì)中還充分利用了串口的 DTS 信號(hào)作為單片機(jī)串口編程功能使能信號(hào)。整個(gè)通過(guò)串口DTR 引腳控制在系統(tǒng)編程電路如圖 4.5 所示。圖 4.5串口

17、邏輯電路由于 DS89C450 提供在系統(tǒng)編程，可以很方便的通過(guò)串口對(duì)單片機(jī)FLASH 進(jìn)行刷新。由于 DS89C450 進(jìn)入在系統(tǒng)編程需要幾個(gè)條件： 復(fù)位引腳電平為高； EA 引腳為低電平； PSEN 引腳為低電平。的4.2.2 指南針模塊接口電路本次設(shè)計(jì)中采用了 FAD_DCM_SPI 指南針模塊。該模塊采用的正是PNI11096 和 SEN-R65 傳感器組合的設(shè)計(jì)方案。為了模塊化，所以該模塊把PNI11096的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后封裝成特定的數(shù)據(jù)報(bào)文格式通過(guò) SPI 總線形式對(duì)外提供。經(jīng)過(guò)模塊封裝的數(shù)據(jù)格式如下表。表 4.1指南針模塊數(shù)據(jù)包格式角度數(shù)據(jù)范圍：十六進(jìn)制（0 x000 x16

18、7），轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制為（0359）。SPI(Serial Peripheralerface-串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU 與各種設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。該接口一般使用 4 條線：串行時(shí)鐘線（SCK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線 MOST 和低電平有效的從機(jī)選擇線 SS(有的 SPI 接口帶有中斷信號(hào)線或、有的 SPI 接口沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。由于 SPI 系統(tǒng)總線一共只需 34 位數(shù)據(jù)線和控制即可實(shí)現(xiàn)與具有 SPI總線接口功能的各種I/O 器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要 8 根數(shù)據(jù)線、8 16 位地

19、址線、23 位控制線，因此，采用 SPI 總線接口可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I/O 口線，提高設(shè)計(jì)的可靠性。SPI 總線的時(shí)序如圖 4.6 所示。圖 4.6SPI 總線時(shí)序4.2.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路系統(tǒng)采用了 PCF8583 實(shí)時(shí)時(shí)鐘基于靜態(tài)CMOS RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。PCF8583 是一款，該采用了I2C 總線接口。整個(gè)PCF8583 的操作都是基于其內(nèi)建的 CMOS RAM，通過(guò)對(duì)其不同地址的RAM 的操作可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。其的 256 字節(jié)的 RAM 區(qū)域被分為了幾bit10bit 3 bit 9bit 2bit 1ACK數(shù)據(jù)ACK地址個(gè)功能區(qū)以

20、完成不同的操作。由于本次使用的 DS89C450沒有I2C 控制器，所以直接使用了的I/O 口模擬了I2C 時(shí)序。整個(gè)時(shí)鐘部分電路如圖 4.7 所示。圖 4.7實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路PCF8583 采用了 I2C 總線的形式與外界傳輸數(shù)據(jù)。I2C(eregratedCircuit)總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其設(shè)備。其時(shí)序結(jié)構(gòu)如圖 4.8 所示。圖 4.8I2C 總線時(shí)序4.2.4 液晶顯示電路本次設(shè)計(jì)采用了 160128 點(diǎn)陣的單色液晶顯示屏（LCD）作為系統(tǒng)的顯示界面，具體的型號(hào)為 PG160128，該 LCM 采用了 T6963C 控制作為顯示控制核心

21、。微控制器只需要對(duì) T6963C進(jìn)行操作便可以完成對(duì)LCD 屏的相關(guān)操作，使用非常方便。模塊原理如圖 4.9 所示。圖 4.9160*128 LCM 原理整個(gè)LCM 中T6963C 負(fù)責(zé)對(duì)LCD 行列驅(qū)動(dòng)T6A40 和T6A39 進(jìn)行控制。微控制器只需要按照 T6963 給定的指令格式進(jìn)行相應(yīng)的操作即可。T6963 提供10 種控制命令，其數(shù)據(jù)和指令的讀寫時(shí)序如圖 4.10 所示。圖 4.10T6963 讀寫時(shí)序4.2.5 系統(tǒng)輸入電路系統(tǒng)采用了 5 鍵輸入以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的設(shè)定，如系統(tǒng)時(shí)間的調(diào)整和菜單的選擇。由于系統(tǒng)中的其他模塊對(duì)微控制器的端口占用較少還有很多沒有使用的端口，鍵盤連接上直接采用

22、了每個(gè)按鍵占用一個(gè)端口的形式,如圖 4.11 所示，電路的中的幾個(gè)電阻屬于上拉電阻，保證在沒有輸入的情況下端口電平穩(wěn)定為高，同時(shí)也可以達(dá)到省電的目的。鍵盤的消抖動(dòng)后進(jìn)行鍵值判斷。采用掃描的形式，當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，圖 4.11鍵盤電路以上是系統(tǒng)各個(gè)硬件部分的闡述，以下是整個(gè)系統(tǒng)的總電路。系統(tǒng)總電路中包含了系統(tǒng)主控制電路、指南針模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、通信電路及其邏輯控制電路，擴(kuò)展接口和相關(guān)輔助電路。在進(jìn)行系統(tǒng)PCB 的器件方位布置和走線時(shí)，特別注意了通信電路和信號(hào)采集電路的。LCM的干擾比較大在進(jìn)行器件放置時(shí)，將容易受到干擾的器件排布到其他區(qū)域，并采取一定的措施。系統(tǒng)的總體電路原理如圖 4.12 所

23、示。采用Pro99SE 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制部分PCB 圖和指南針模塊的PCB 圖分別如圖 4.13、圖 4.14 所示。圖 4.12系統(tǒng)總體電路圖系統(tǒng)的PCB 頂層圖。圖 4.13系統(tǒng)主電路板 PCB 頂層圖由于指南針模塊的磁阻傳感器對(duì)磁場(chǎng)非常的敏感，在放置指南針模塊的時(shí)候要遠(yuǎn)離干擾磁場(chǎng)的磁體區(qū)域，指南針模塊成為單獨(dú)放置的模塊并通過(guò)接口的形式和主控板相連接。圖 4.14指南針模塊 PCB 圖系統(tǒng)主整個(gè)程序系統(tǒng)中各個(gè)模塊間存在一定的先后順序且程序模塊數(shù)量較少，為了減少系統(tǒng)的程序量，設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)的程序采用了傳統(tǒng)的前方式。整個(gè)程序主要由指南針模塊驅(qū)動(dòng)、液晶顯示驅(qū)動(dòng)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)和串口驅(qū)動(dòng)組成。整個(gè)系統(tǒng)

24、程序流程如圖 5.1 所示。當(dāng)系統(tǒng)上電后，最先執(zhí)行的就是對(duì)系統(tǒng)各個(gè)進(jìn)行初始化的代碼，其中主要包括對(duì)系統(tǒng)定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、LCM 驅(qū)動(dòng)、指南針模塊以及對(duì)系統(tǒng)通信串口的初始化。系統(tǒng)初始化完成時(shí)對(duì)指南針模塊進(jìn)行，此時(shí)指南針模塊將根據(jù) ADJUST 端口的電平狀態(tài)判定是否需要校正指南針，其后將得到的數(shù)據(jù)上傳至微控制器，微控制器根據(jù)得到的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) LCM 進(jìn)行相應(yīng)的顯示，隨后微控制器將對(duì)系統(tǒng)鍵盤端口進(jìn)行掃描，并根據(jù)掃描得到的鍵值進(jìn)圖 5.1系統(tǒng)程序流程行相應(yīng)的處理。前式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是其實(shí)時(shí)性較差。系統(tǒng)中由于各個(gè)程序之間相互關(guān)聯(lián)，且對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是很高，前能夠滿足其要求。5.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘

25、為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)采用的 PCF8583 實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用的I2C 接口，對(duì)它的所有操作直接通過(guò)對(duì)其線性的 CMOS RAM區(qū)進(jìn)行操作即可即對(duì)PCF8583 的操作主要是通過(guò)I2C 總線對(duì)其寫。整個(gè)驅(qū)動(dòng)流程如圖 5.2 所示。RAM 進(jìn)行讀人機(jī)界面驅(qū)動(dòng)液晶模塊驅(qū)動(dòng)液晶顯示驅(qū)動(dòng)處于系統(tǒng)的最后端，屬于人機(jī)交互界面。直觀的液晶顯示能夠使得系統(tǒng)更容易操控。本次設(shè)計(jì)采用了 PG160128 點(diǎn)陣的 LCM 模塊。整個(gè) LCM驅(qū)動(dòng)的構(gòu)架圖如 5.3 所示。采用層次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)可以很好的移植到不同的處理器。5.3.2 鍵盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中將按鍵電路中按鍵5.4 指南針模塊驅(qū)動(dòng)本次設(shè)計(jì)采用的是FAD_

26、DCMP_SPI 指南針模塊。模塊采用 SPI 接口與MCU進(jìn)行包括了。整個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)PNI11096 數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、封裝數(shù)據(jù)和通過(guò) SPI 時(shí)序發(fā)送數(shù)據(jù)幾個(gè)部分。程序的流程如圖 5.4 所示。在整個(gè)指南針模塊程序的設(shè)計(jì)過(guò)程中最主要的也就是其數(shù)據(jù)的處理，直接關(guān)系到系統(tǒng)的精度。在還沒有處理之前從PNI11096的數(shù)據(jù)真實(shí)的反應(yīng)了水平面內(nèi)地磁場(chǎng)的分布情況，如圖 5.5 所示，這是均勻轉(zhuǎn)動(dòng)指南針模塊得到的地磁場(chǎng)強(qiáng)度分布，圖中顯示地磁場(chǎng)強(qiáng)度在不同方向上的分布是不同的，經(jīng)過(guò)歸一化后，可以很好的將其歸一化為圓，使得在各個(gè)方向上的磁場(chǎng)強(qiáng)度均勻，這樣既可以方便進(jìn)行角度計(jì)算又可以提高測(cè)量精度，如圖 5.6 所示。指南針模塊在第一次使用前都必須校正，系統(tǒng)上電時(shí)將模塊的ADJUST 引腳拉低校正狀態(tài)，將模塊在水平面內(nèi)均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)一周后校正結(jié)束。校正時(shí)主要調(diào)整的系數(shù)就是本地的磁偏角。將磁場(chǎng)強(qiáng)度歸一化后，直接對(duì) X,Y 軸的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算就可以得到當(dāng)前方向與正東方向的夾角，如圖 5.7 所示。從圖 5.7 中可以看出夾角就是：結(jié)論所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中包含了磁場(chǎng)傳感器、微控制器、顯示時(shí)鐘等部分，微控制器通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)傳感器配套的 ASIC 進(jìn)行、輸入和實(shí)時(shí)獲得當(dāng)前方向地磁場(chǎng)的強(qiáng)