电子指南针设计共21页文档

xx学院毕业设计(论文)题目名称：电子指南针设计题目类型：毕业设计型学生姓名： xx院 (系)： xx学院信息系专业班级：自动化60xx班指导教师： xx/教授辅导教师： xx/教授时间： 2008年9月至 2009年6月目录电子指南针设计毕业设计（论文）任务书 (Ⅰ)开题报告 (Ⅱ)指导教师审查意见表 (Ⅲ)评阅教师评语表 (Ⅳ)答辩会议记录 (Ⅴ)中文摘要 (Ⅵ)外文摘要 (Ⅶ)前言 (Ⅷ)1 绪论 (1)1.1选题背景 (1)1.2目的和意义 (1)1.3发展现状 (1)2.系统总体方案的设计 (2)2.1系统的功能要求及硬件选型 (2)2.1.1系统的功能 (2)2.1.2设计思路 (2)2.1.3磁场传感器的介绍 (3)2.1.4单片机型号的选型 (4)2.2系统的总体设计 (4)3 80C51单片机内部结构和工作原理 (4)3.1 80C51系列单片机结构 (4)3.2 存储空间配置和功能 (5)3.3 片内RAM结构和功能 (6)3.4 特殊功能寄存器SFR (7)3.5 程序计数器PC的作用和基本工作方式 (7)3.6 80C51的时钟和指令时序 (8)3.7 复位电路、复位条件和复位后状态 (8)4 系统硬件的设计 (9)4.1硬件系统的总体设计 (9)4.2磁场测量接口电路 (11)4.2.1磁场测量电路 (11)4.2.2 ASIC与单片机的接口电路 (14)4.3 LCD显示电路 (15)4.3.1 LCD显示原理及技术优势 (15)4.3.2显示分类与显示模块选型 (18)4.3.3显示接口电路的设计 (20)4.4键盘的接口设计 (23)5 系统软件的设计 (24)5.1单片机高级语言KEIL C51 (24)5.2主程序设计 (24)5.3 LCD接口驱动程序设计 (26)5.4键盘程序设计 (26)5.5指南针模块接口程序设计 (28)6 结论部分 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录 (32)电子指南针设计学生：xx xx大学xx学院信息系指导老师：xx xx大学电信学院【摘要】：指南针是一个重要的导航工具，甚至在GPS中也会用到（盲区补偿）。

3 电子指南针的设计方案选择与实现
PG160128原理图：
3 电子指南针的设计方案选择与实现
3.2.5 扩展硬件介绍 本次设计除了完成指南针基本功能之外， 系统还附带了扩展功能，包括日期、实时 时钟、秒表、串口通信。设计用得芯片也 是 大 家 熟 悉 的 PCF8583( 实 时 时 钟 芯 片 ) ； MAX232（电平转换芯片），在这里就不多 介绍了。
1 指南针背景及原理
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。
2 电子指南针的原理及优势
2.1 电子指南针的原理 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。
2 电子指南针的原理及优势
2.2 测量的实质
x为前进方向，y为 水平面上垂直 x 的方向 向右（即x顺时针转 90 ） ， 地 里 北 极 方 向 和地磁北极方向如图 所示。 He 为地磁场， Hex 、 Hey 分别为 He 在 x 、 y 方向的水平分量， α 为前进方向与磁场北 极的夹角，
3 电子指南针的设计方案选择与实现
3.2.4 显示设备选择 本 次 设 计 采 用 了 160*128 点 阵 的 单 色 液 晶 显 示 屏 （ LCD ）作为系统的显示界面，集体型号为 PG160128 。 由于该设计的现实界面中涉及到比较多的文字和图形，采 用该型号可以把内容更清楚的显示出来。改 LCD 采用了 T6963 控 制 芯 片 作 为 显 示 控 制 核 心 。 单 片 机 只 需 要 对 T6963C 芯 片 进 行 操 作 便 可 以 完 成 对 LCD 的 相 关 操 作 ， T6963C 的最大特点就是具有独特的硬件初始值设置功能， 显示驱动所需的参数如占空比系数，驱动传输的字节数 / 行及字符选择等均由引脚电平设置，这样 T6963C 的初始 化在系统上电时就已经设置完成，软件操作的主要精力就 可以全部用于显示画面的设计上，这是 PG160128 的特点。

简易电子指南针的制作摘要：电子指南针是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。

电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。

并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用.系统核心技术是由单片机通过HMC5883磁场传感器（3轴罗盘）检测环境中得磁场强度的数据对身处磁场进行判断，与程序设定的数据进行角度换算，通过磁场变化来测量所处方向的偏差,实现对指南针的判别方向功能，达到简化电子指南针系统的目的。

它采用磁场传感器的磁阻（AMR）技术.功能完善，测量准确度高，本次系统所采用的磁阻为HMC5883L系列磁阻传感器,具有较高水平的测量精度并自带有自动消磁、偏差校准等功能，提高精确度的同时，也大幅度减少设计系统的外围电路与整体体积。

功能拓展实用性强，本系统所拓展的功能为前进方向锁定功能.能够为使用者使用时，提供大大的便捷性，减少旧时指南针在使用时，不能兼顾前进的弊端.关键词：电子指南针；HMC5883；AMR引言指南针起源于我国古代四大发明之一的“司南”，发展到现代的机械指针式指南针,是非常重要的导航工具。

随着电子技术的飞速发展，特别是在磁感应传感器和专用芯片上的发展是指南针的基本实现原理有了质的飞跃，不再采用机械的结构，而是采用了磁传感器和专用处理器对进行测量和处理然后指示方向。

与传统机械式指南针相比，电子指南针在灵敏度和精确度都远远胜于前者，也不会因为机械磨损而简短寿命.另外，电子指南针更具人性化,增加了许多功能，十分实用。

电子指南针系统是一个典型的单片机系统，了解其工作原理及其信号处理流程有利于研究更加复杂的嵌入式系统,特别是系统中的磁传感器及其信号的采集芯片更是有利于研究磁场传感器的实现机理，以便将其更加广泛的应用。

1。

主要模块的原理及特点1。

1 AMR磁阻材料的主要原理及特点AMR磁阻材料的特点是电阻会随磁感应强度的变化而变化，使用磁阻材料能构成一个电桥，测量电桥的两节点的电压，就可以测出单一方向的磁感应强度。

摘要早期的指南针采用了磁化指针和方位盘的组合方式，整个指南针从便携性、指示灵敏度上都有一定缺乏。

本系统采用专用的磁场传感器结合高速微控制器〔MCU〕的电子指南针能有效解决这些问题。

系统采用了磁阻〔GMR〕传感器采集某一方向磁场强度后通过MCU控制器对其进行处理并显示上传，通过对电子指南针硬件电路和软件程序的分析，阐述了电子指南针根本的工作原理及实现。

理论上指南针模块精度到达1°，能够在LCD上显示当前方位并能通过键盘控制上传指南针处理得到的数据到上位机。

关键词：电子指南针，GMR，MCU，LCDABSTRACTSince the early compass was composited by the magnetic compass and direction-pointer, the sensitivity and portability of this compass is ing a dedicated high-speed magnetic sensor with microcontroller (MCU) electronic compass can effectively solve these problems.The system is designed by the reluctance (GMR) sensors collecting a certain direction through the magnetic field strength after the MCU Controller its judgment will be dealt with the results, through the LCD screen display and can be sent to the MCU's top serial Machine. The compass module can reach 1 ° theoretically, in the LCD display on the current position of the keyboard and through selective compass upload the data processing.KEY WORDS：electronic compass，GMR，MCU，LCD目录第1章本研究的背景及目的 (1)1.1 本研究的背景 (1)1.2 本研究的目的 (1)第2章系统的构成及工作原理 (2)2.1 系统的构成 (2)2.2工作原理分析 (2)第3章硬件电路 (4)3.1 单片机系统 (4)3.2 传感器模块 (6)3.2.1 磁阻传感器 (6)3.2.2 磁场测量电路 (7)3.3 LCD显示模块 (8)3.4 实时时钟电路 (9)3.5 接口电路 (10)第4章系统软件 (12)4.1 主监控程序 (12)4.2 实时时钟驱动 (13)4.3 人机界面驱动 (14)4.3.1 液晶模块驱动 (14)4.3.2 键盘驱动 (14)4.4 传感器模块驱动 (14)第5章仿真结果 (17)第6章结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)附录(主要程序) (21)第1章本研究的背景及目的1.1 本研究的背景指南针是用以判别方位的一种简单仪器。

通过亲手制作并成功使用指南针，小学生可以感受到科学成果带来的成就感和自信 心，进一步激发他们对科学的热爱和追求。
02
制作指南针所需材料与工具
Chapter
制作指南针所需材料与工具 主要材料清单
作为指南针的指针， 需要被磁化成具有指 向性的磁针。
如小碗或瓶盖等，用 于盛放制作过程中的 材料和作为指南针的 底座。
指南针在现实生活中的应用
01
02
03
航海
指南针是航海者的重要导 航工具，帮助他们确定航 向和位置。
户外探险
在野外探险或徒步旅行中 ，指南针可以帮助人们找 到正确的方向，避免迷路 。
地质勘探
地质学家在野外勘探时， 也常常使用指南针来辅助 确定地层走向和矿产分布 。
培养小学生动手实践能力
制作指南针需要小学生亲自动 手，进行各种材料的准备和组 装，这有助于培养他们的动手 实践能力。
磁铁
钢针
塑料或纸片
容器
胶水或胶带
用于磁化指南针的指 针，使其具有指向性 。
用于制作指南针的底 盘，可承载磁针并使 其自由转动。
用于固定磁针和底盘 ，确保指南针的稳固 性和指向性。
THANKS
感谢观看

小学科学制作指南针
目录
• 制作指南针背景与意义 • 制作指南针所需材料与工具
01
制作指南针背景与意义
Chapter
指南针发明历史简介
指南针是中国古代四大发明之一，它的发明对于人类的 航海事业和地理发现产生了深远的影响。
指南针最初是以“司南”为基础，后来在北宋时期进化 成为了现在的指南针形式。
指南针利用磁铁的磁性来指示方向，这一原理至今仍然 被广泛应用于各种导航设备中。

电子指南针概述指南针是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。

电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。

并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。

公司生产的半导体器件KMZ52是一种专门用于电子指南针的二维磁场传感器。

它采用磁场传感器的磁阻（MR）技术，并用翻转技术消除信号偏移，而用电磁反馈技术来消除温度的敏感漂移。

由于外界存在干扰，该系统集成了几种特殊的抗干扰技术来提高系统精度。

本文介绍了电子指南针的工作原理及电路设计，同时给出了其抗干扰设计以及信号和数据的处理方法。

编辑本段工作原理与总体方案Z1和Z4为翻转线圈，Z2和Z3为补偿线圈。

由于环境温度可能会影响系统精度，因此，在高精度系统中，可以通过补偿线圈对其进行补偿。

内部有两个正交的磁场传感器? 分别对应二维平面的X轴和Y轴。

磁场传感器的原理是利用磁阻（MR）组成磁式结构，这样可改变电磁物质在外部磁场中的电阻系数。

以便在磁场传感器的翻转线圈Z1和Z2上加载翻转电信号后使之能够产生变化的磁场。

由于该变化磁场会造成磁阻变化（ΔR）0并将其转化成变化的差动电压输出，这样，就能根据磁场大小正比于输出差动电压的原理，分别读取对应的两轴信号，然后再进行处理计算即可得到偏转角度。

整个电子指南针系统主要由传感器单元、信号调整单元（SCU）、方向确定单元（DDU）和显示单元四部分组成。

电子指南针的总体设计框图如图2所示。

图中，磁场传感器KMZ52用于将地磁场信号转化成电信号输出，信号调整单元用于将磁场传感器单元中的输出信号成比例放大，并将其转换成合适的信号hex和hey，同时消除信号的偏移。

对于保证系统的精度来说，SCU是最重要的部件。

通过DDU可将信号调整单元输出的两路信号hex和hey进行放大，然后再按下式计算出偏转角度α：α＝arctan?hey／hex这样根据抗干扰技术算法对α进行处理就可得出该磁场的偏转角度，最后通过显示单元进行输出。

基于STM32电子指南针的设计摘要对于电子指南针而言，其不仅仅在我们的日常生活中非常的普遍，而且在在航海、工业等领域中发挥巨大作用，因此未来的市场前景非常的理想。

本论文在设计电子指南针的过程中，其电子控制系统的核心采用的是 stm32 单片机自动控制系统，具体分析是指，借助于先进的磁场传感器，勘测并且获取所在地位和区域的磁场强度，依据勘测的相关数据，同时结合设定好的磁场数据，换算出角度，同时结合实际情况的强度变化，平衡偏差，进而获取现有的位置数据。

电子指南针主要STM32F103C8T6单片机、LCD1602液晶显示、GY-271模块及电压组成。

指南针模块电路把磁场信号转化为电信号，电信号经过放大电路，整流电路等处理，数字信号经过主控芯片的处理送入LCD显示.在本文的研究过程中，探讨利用stm32 单片机的方式实现电子指南针的功能，并通过仿真验证该高能。

本系统的设计优势是指，指南针的结构非常普通、性价比高，同时有非常高的精度，可以便利的检测说的所在的角度和位置，因此有很高的运用价值，可以大范围的推广使用。

关键词：stm32单片机；磁场; 电子指南针；转化；精度第1章绪论1.1 背景的简述指南针作为辨别方向用的仪器，其是凝结了中国劳动人民的伟大发明。

最开始它称之为司南，其最初的原理是在地球磁场中，结合天然磁石进行方向指示，其在航海等相关活动中起到了引导方向的作用。

不过指南针随着时代的发展，为了更好满足人们的需求，对其制作技艺有更好的要求，同时对精度也有更高的要求。

在这个时代的指南针的本质原来没区别，但是现有的机械指南针，不管是便携度，还是灵敏度都有待改进。

历经半个世纪的发展，不仅仅电子科技快速发展，同时设备也逐步实现智能化、自动化。

对于指南针而言，在原有的机械化指南针的基础上，充分利用磁场的传感器等技术作用下逐步发展成电子式，使得电子指南针的使用便利性更强，而且进度更有保证。

依据磁场的传感器，结合地球的电磁场的方向，主要包含了霍尔效应式，磁通门式还有磁阻效应式等三种类型。

2021/7/17
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温度影响
传感器的温度系数也将影响航向角的 精度，需要考虑的是偏移随温度的漂移。 由于HMC5883l三个相互垂直轴x、y 、z在 同一个封装中，他们的温度系数匹配的很 好，这样三轴经历相同的温度变化也相同。 x和y的比率没有太大的影响。
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近磁场影响
电子指南针平台上的磁性材料及其附近运动 的磁性物体都会使电子指南针周围地磁场发生变 形从而影响方位角测量的精度。这就被称为近磁 材料的影响。近磁材料的影响可分硬铁影响：来 自电子指南针平台上永久磁铁和被磁化的铁(钢)； 软铁影响：来自地磁场和电子指南针周围软磁材 料的相互作用。硬铁影可以通过实验结果进行计 算可以补偿消除。此外在使用时尽量使电子指南 针远离近磁材料，这样可以降低外磁场对电子磁 指南针的影响，比任何补偿都好。
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液晶显示模块
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是 一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块。1602LCD是指显示的内容 为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液 晶模块（显示字符和数字）。
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51单片机模块
作为整个设计的核心部分，单片机最小 系统，是构成整个系统的重中之重，它由电源 指示灯、复位电路、时钟电路、AT89C51单片 机组成。用于处理传感器发送来的数据，进行 计算，整合，传输到1602，从而达到设计要求。
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我们的设计
基于现状，本文我们采用磁阻传感器来设
计电子磁指南针。设计电子指南针的基本思路：
本设计的软件设计总体思路是将HMC5883L得到的
信息送至单片机内进行处理，再转换为液晶显示

基于单片机的电子指南针设计摘要指南针是一种广泛应用于航海、军事、野外探险和户外运动等领域的重要仪器，指示方向十分重要。

本文基于单片机制作了一款电子指南针，通过磁力传感器测量地磁场强度，并以此计算地理正北方向。

该电子指南针具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好等特点，适合于户外探险、露营和徒步旅行等活动。

关键词：电子指南针，单片机，磁力传感器，地磁场AbstractCompass is an important tool widely used in navigation, military, outdoor exploration and sports, and it is very important to indicate the direction. In this paper, an electronic compass based on single-chip microcomputer was made, which measures the magnetic field strength through magnetic sensors, and calculates the geographical true north direction. The electronic compass has the characteristics of small volume, light weight, high accuracy, good reliability, etc., which is suitable for outdoor exploration, camping, hiking and other activities.Keywords: electronic compass, single-chip microcomputer, magnetic sensor, magnetic field引言指南针，是一种测量地球磁场方向的仪器。

数字电子指南针的设计摘要：指南针是一种重要的导航工具，可运用在多种场合。

早起指南针采用磁化指针和方向盘相结合的方式，整个指南针从灵敏度，便携性上都有一定的不足。

电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单的和其他电子系统接口，因此可以代替旧的磁指南针。

以精度高，稳定性好而得到广泛的运用。

本文将详细介绍磁阻（MR）传感器HMC5883L的工作原理，以此为基础利用该芯片采集磁场数据，通过高速微控制器（MCU）完成数据的加工处理，最后以液晶显示器12864完成方位显示功能。

关键字：电子指南针；MR;HMC5883L;MCU(MSP430F149)Abstract: The compass is a kind of important navigation tool，which can be used in many occasions. The early compass magnetized pointer and the steering wheel combination way , the entire compass from sensitivity ,portability has certain insufficiency. Electronic compass internal structure is fixed , no moving parts ,can be simple and other electronic system interface ,so it can replace the old magnetic compass .with high precision ,good stability and wide use .This paper introduces the magneto-resistive (MR) sensor working principle HMC5883L , with this as a foundation with the chip collecting field data ,via a high speed microprocessor control unit (MCU) data processing finally to 12864 LCD complete azimuth display function .Keyword:electronic compass; MR; HMC5883L ; MCU1 引言1.1 课题背景指南针的发明是我国汉族人民在长期的实践中对物体认识的结果。

适应物业 管理教 学跟 随社会 发展的需要， 只有一流的教师才 可能培养出一 流 的学 生 。 ３ ． ３ 切实推行双证融通 高职 教育 与职业 资格证书制度的根本方 向和 目的是相同的， 都是 以就 业 为导 向， 都 为就 业创造条件 ； 在 培养过程 中， 两者 都以能力 为本位、 把职 业能力作为核心 。 因此 ， 可 以推行双证融通 的培养模式 ， 重 新构建物 业管理 专业课程体系 ， 将注册物业管理师、 助理物业管理师 、 物业设备管理师等职 业资格证书的技能标准 、 技 能 鉴 定 大 纲 和 试 题 库 等 作 为 制 订 教 学 计 划 的 充
能
关键 词 ： 电子指南针 ＨＭＣ５ ８ ８ ３ ＭＣＵ Ｌ Ｃ Ｄ
Ｏ引言
南 半 球 中 向 上指 向 北方 。 在任何情况下 ， 地 球 磁 场 的 ห้องสมุดไป่ตู้ 向始 终 指 向磁 北 。 而 我们要应用 的， 正 是这 磁场 中 平行 于 地 球 表 面 的 分 量 。在 本 设 计 的 信 号 采
科 学 发 展
科镑
基 于 单 片机 的 电子 指 南 针 的 设计
钱 游
（ 重庆科创职业 学院 重庆４ ０ ２ １ ６ ０ ）
摘 要： 本设计使用 了地磁传感器 ＨＭＣ ５ ８ ８ ３采集某一方 向磁场强度后， 通过 ＭＣＵ控制器对其进行处理并显示 ， 通过对 电子指南针硬件 电路和 软件 程序 的分析， 阐述了电子指南针基本的工作原理及实现。实际测试指南针模块精度 达到 １ 。 ， 实现 了高可靠性 、 高精度 、 强抗 磁场干扰的数码 电子指南针功
高职教育 除了专业课程学 习外也应注重 加强思想政治教育 ， 把 社会主 义核心价值体系融入 到高等职业教育人才培养 的全过程 。 高度重视学生的 职业道 德教育和法制 教育， 重视培养 学生 的诚信 品质 、 敬业精神和 责任 意

摘要作为我国古代四大发明之一的指南针，为世界各族人民生活带来了很大的便利，它是一种重要的导航工具，为世界的航海事业做出了不可抹灭的贡献。

然而在当今的指南针家族中，数字指南针以其内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此很多地方代替了旧的磁指南针。

并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。

本文介绍了目前用于定位系统中的数字指南针的工作原理，详细论述了磁场传感器芯片HMC5883L的工作原理，给出了用HMC58832L 磁场传感器设计数字指南针的总体设计方案和电路，同时也给出了在12864液晶显示设计方案。

符号说明1.系统方案设计1.1设计任务基于STC89C52单片机，霍尼韦尔公司生产的磁场传感器芯片HMC5883L设计一个数字指南针，并在液晶显示屏12864上显示指南针。

其次，指南针反应速度应该和普通磁石指南针相近。

1.2方案论证与选择方案一：采用Philips公司生产的KMZ52感应磁场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。

方案二：采用美国PNI 磁通传感器SEN-S65SEN-S65是PNI公司开发的磁感技术磁传感器。

电子指南针毕业设计论文目录摘要................................. 错误！未定义书签。

1 引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 指南针原理介绍 (1)1.3 国内外研究现状 (2)1.4 本课题研究的意义 (3)2 单片机及相关物理量介绍 (4)2.1 单片机系统简介 (4)2.2 物理量简介 (7)2.3 电子指南针的主要偏差及校正 (9)3 原理及系统框图 (13)3.1 测量原理简介 (13)3.2 系统总图框图 (14)3.3 系统其他模块简介 (15)4 系统硬件 (23)4.1 系统控制模块 (23)4.2 指南针模块 (24)4.3 实时时钟模块 (25)4.4 液晶显示电路 (26)4.5 系统输入电路 (27)5 系统软件 (29)5.1 主监控程序 (29)5.2 实时时钟驱动 (30)5.3 指南针模块驱动 (30)5.4 键盘驱动 (32)5.5 液晶模块驱动 (33)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录 (37)1 引言1.1 课题背景指南针的发明是我国劳动人民，在长期的实践中对物体磁性认识的结果。

由于生产劳动，人们接触了磁矿石，开始了对磁性质的了解。

人们首先发现了磁石引铁的性质。

后来又发现了磁石的指向性。

经过多方的实验和研究，终于发明了可以实用的指南针。

指南针的始祖大约出现在战国时期。

它是用天然磁石制成的。

样子象一把汤勺，圆底，可以放在平滑的“地盘”上并保持平衡，且可以自由旋转。

当它静止的时候，勺柄就会指向南方。

古人称它为“司南”。

司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十四向，置磁勺于盘中心圆面上，静止时，勺尾指向为南。

但司南也有许多缺陷，天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、受热而失磁。

所以司南的磁性比较弱，而且它与地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，无法达到预期的指南效果。

而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便，使得司南长期未得到广泛应用。

目录摘要： (1)0 前言 (1)1系统基本方案选择 (2)单片机的选择 (2)磁阻传感器的选择 (3)2 主要元器件介绍 (5)主控制器STC89C52介绍 (5)磁阻传感器HMC5883L介绍 (6)1602LCD液晶显示器 (9)3 程序流程图 (11)4 设计思路 (12)5 内部主要程序 (12)6实物演示 (12)7 结论 (12)8 参考文献 (12)基于单片机的电子指南针设计（河南大学物理与电子学院，河南开封，475004）摘要：早期的指南针采用了磁化指针和方位盘的组合方式，整个指南针从便携性、指示灵敏度上都有一定不足，极易受到外界因素的干扰。

本系统采用专用的磁场传感器结合高速微控制器的电子指南针能有效解决这些问题。

系统采用了磁阻传感器采集某一方向磁场强度后通过控制器对其进行处理并显示上传，通过对电子指南针硬件电路和软件程序的分析，阐述了电子指南针基本的工作原理及实现。

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。

关键词：指南针;磁阻传感器;;液晶显示屏0 前言指南针是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。

指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。

主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。

磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。

磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。

常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。

随着电子技术的发展，电子指南针的优势渐渐体现出来，电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。

并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。

通过采集某一方向磁场强度，传至mcu对其进行处理并输出到液晶屏上显示。

通过采用磁阻传感器采集地球上磁场的强度，并通过51单片机处理后显示在液晶显示屏上，有利于研究国外先进传感器工作机理，为以后做更精密的系统打下基础。

指南针的始祖大约出现在战国时期。

4.3 方案三：51 系列单片机
51 系列单片机的优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作 位处理器，或布尔处理器，它能进行位操作。它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进 行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起 来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。 51 系列在片内 RAM 区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间， 十六个字节， 单元地址 20H～ 2FH，它既可作字节处理，也可作位处理，使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极 大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位， 在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实 施这一处理，只需用一条位操作指令即可。51 系列的 I/O 脚的设置和使用也非常简单，当 引脚为低电平时，吸入电流可达 20mA，具有一定的驱动能力。 BACK
通常的导航仪器主要有两种：陀螺罗经和磁罗盘。对地磁场测量方向的仪器 叫做磁罗盘。 我国发明指南针就是一个简易的磁罗盘，对整个人类社会发展做出 巨大贡献。 在公元 50 年左右， 磁石已经被运用到导航航啦， 并且研制出了司南。 在公元 960-1127 年时候， 支撑是的指南针——指南龟被研制出来。到 20 世纪 初，随着工业的发展，罗盘制造工艺也得到了飞速的发展，材料的选择和机械制 造使得罗盘的性能有了显著地提高。尤其是是机械式磁罗盘，现在某些情况下依 然使用机械式磁罗盘 [1]。到了 20 世纪出，陀螺罗盘的问世，对罗盘又是一场革 命。罗盘感应这地球的自转，磁性物质对其没有影响。使得陀螺罗盘的标度盘非
一、摘要
本课题针对电子指南针的各个功能部件对电子指南针的关键部分做了详细的研究。采 用单片机做为系统的核心控制芯片， 而单片机的接口是数字信号的， 想要它能够处理地球的 磁场状况，必须要把磁场信号转化成电信号（电压或电流），然后经过模数转换，把模拟的 电信号转化成单片机可以处理的数字信号。 把所得的数字信息通过主控制器进行处理， 然后 用人机界面表现出来，供我们来读取和应用。电子指南针系统是一个典型的单片机系统，了 解其工作原理及其信号处理流程有利于研究更加复杂的嵌入式系统， 特别是系统中采用进口 的磁传感器及其相关信号的采集芯片更是有利于研究磁场传感器的实现机理， 以便将其更加 广泛的应用。

电子指南针指南针1、概述指南针是用以判别方位的一种简单仪器。

指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。

主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。

磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。

磁针的北极指向地理的南极, 利用这一性能可以辨别方向。

常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。

指南针的发明是我国劳动人民, 在长期的实践中对物体磁性认识的结果。

由于生产劳动, 人们接触了磁铁矿, 开始了对磁性质的了解。

人们首先发现了磁石引铁的性质。

后来又发现了磁石的指向性。

经过多方的实验和研究, 终于发明了可以实用的指南针。

2、磁偏角与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, 这个角度就叫磁偏角。

又因为地球近似球形, 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不相同。

磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。

图 1. 地球磁场示意图3、罗盘定位要确定方向除了指南针之外,还需要有方位盘相配合。

最初使用指南针时, 可能没有固定的方位盘,随着测方位的需要,出现了磁针和方位盘一体的罗盘4、电子指南针指南针是一个重要的导航工具, 甚至在 G P S 中也会用到。

电子指南针将替代旧的针式指南针或罗盘指南针, 因为电子指南针全采用固态的元件, 还可以简单地和其他电子系统接口。

电子指南针系统中磁场传感器的磁阻 (MR 技术是最佳的解决方法, 和现在很多电子指南针还在使用的磁通量闸门传感器相比较,M R 技术不需要绕线圈而且可以用 I C 生产过程 (IC -l i k e p r o c e s s 生产, 是一个更值得使用的解决方案。

由于M R 有高灵敏度,它甚至比这个应用范围中的霍尔元件更好。

磁传感器与其驱动器1美国 PNI 磁通传感器SEN-S65图 2 SEN-S65线圈电压 :2. 0V线圈击穿电压:200 V最大承受电流:50A工作温度:-55 ℃ ~140℃。