數字羅盤的設計與誤差補償方法的研究畢業設計論文-資料下載頁

　　

【正文】 2）基準電壓電路基準電壓電路用于提供 IC 內部電壓基準的參考電壓。器件本次設計所用到的基準電壓分別是 和 。其中 是為了提供給單片機以及 JTAG 接口電路所使用的。而 是為了給 AD 模塊提供的。電路如圖 447 所示：圖46 基準電壓電路（）圖47 基準電壓電路（）安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )24 調試板接口電路設計（1）LCD 液晶顯示接口電路ST7920 有 5 個引腳，引腳 1 接地，引腳 2 接電源，引腳 1 和 2 為 LCD 提供電壓。引腳 3 接滑動變阻器，作用是調節 LCD 的亮度，引腳 4 接 CLK，引腳 5 接 SID 數據，數據包括顯示數據和命令。電路如圖 48 所示：圖48 LCD顯示模塊電路圖（2）串口通信電路MAX3232 的第 11 腳和單片機的 30 腳連接，第 12 腳和單片機的 29 腳連接。電路如圖 49 所示：安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )25圖49 串口模塊電路圖（3）USB接口通信電路由于 C8051F320 微控制器內部集成了一個 USB 接收器，簡單易用，因此，用它進行 USB 接口的硬件設計也顯得比較簡單，不需要任何外部器件就可直接與 USB 接口相連，電路如圖 410 所示：圖410 USB模塊電路圖（4）JTAG調試口電路JTAG 可以對同一塊電路板上多塊芯片進行測試。TRST、TCK 和 TMS 信號并行至各個芯片，而一塊芯片的 TDO 接至下一芯片的 TDI。電路如圖 411 所示：圖411 JTAG接口電路圖 本章小結本章簡要介紹了本次課題設計時所用到的硬件設計部分，主要介紹了數字羅盤各硬件模塊電路的設計。首先介紹了羅盤航向測量電路，是通過對核心控制電路磁、阻傳感器電路、加速度計電路、置復位電路等的設計，以達到測量以及補償航向角的目的。然后簡略的介紹了外圍電路的設計，外圍電路為測量電路等模塊的有源設安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )26備提供了工作電壓，保證了各模塊之間的通信，并且提供了可供測試的 JTAG 端口，并附有各模塊的電路設計圖。安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )275 系統軟件設計 系統軟件設計概述在課題本設計中，我們選用高級語言C語言進行系統軟件的編程。它的優越之處就是編程效率高，軟件調試直觀，開發周期短；可讀性強，易于系統維護、升級；代碼的重復利用率高，便于跨平臺的代碼移植和修改，使產品的升級和繼承更迅速。開發工具是由Cygnal公司/Silicon laboratories提供的 KeiluVision3。uVision源代碼級調試器是一個理想的，快速，可靠的程序調試器。它包含一個高速模擬器，可模擬整個系統，包括片上外圍器件和外部硬件。Keil是近年來非常受仿真機廠家歡迎的C 開發軟件。它提供了包括C編譯器，宏匯編，連接器，庫管理和一個功能強大的仿真功能調試器等在片內完整開發方案，通過一個集成環境（uVision）將這些部分組合在一起。這種軟件有方便易用的集成環境，強大的軟件仿真調試工具可以讓你事半功倍 [25]。針對本課題的設計要求，我們將整個軟件部分化分為一系列功能獨立的模塊并合作完成系統的需求。本文的軟件采用模塊化設計，子程序模塊負責完成各自的指定功能，并供主程序調用 [26]。子程序模塊可分為：程序初始化模塊、信號采集與存儲模塊、數據傳輸與顯示模塊。為提高編譯效率，本文對程序采取如下方式進行編寫：(1).盡量使用 char數據類型，由于C8051F005是8位機，對具有char類型的對象的操作比int或者long類型的操作方便的多。(2)盡可能使用無符號數據類型。C8051F005 指令不支持對有符號數的運算，因此當程序中涉及到有符號數的運算的時候，編譯器就會調用相關的庫函數、產生與之相關的更多的代碼來實現這些操作，這將要影響到系統最終的運行效率。(3)合理安排操作順序。(4)計算基于二進制，在選擇數組存儲和數組大小可以節省操作。(5)盡可能使用局部函數變量。編譯器總是嘗試在寄存器里保持局部變量，將循環變量說明為局部變量是最好的。 軟件總體流程安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )28根據本設計的要求及它的原理硬件圖，編了相應的軟件程序。主程序中應包括系統各端口、時鐘、定時器、AD、串口、外部中斷的初始化；關閉看門狗，LCD初始化顯示，啟動置復位電路；調用AD子程序；調用加速度計子程序；計算航向角并實施誤差補償，輸出數據格式轉化，航向角顯示，串口發送等。它的流程圖如：系統初始化 ， 關閉看門狗開始L C D 初始化顯示發送置復位脈沖數據采集及模數轉換測量傾角計算航向角及誤差補償串口發送L C D 顯示航向角延時 系統軟件流程圖本系統采用模塊化的程序設計方法，這樣使程序的可讀性強，易于修改。 本章小結本章首先介紹了數字羅盤的軟件程序設計思想，該部分主要集中介紹數字羅盤在正常工作模式下的工作流程和在校準工作模式下的主要工作流程；本文的軟件程序設計采用 C 語言作為編程語言，使用KeilC集成開發環境，來完成航向姿態信息解算及數據通信等主要工作。安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )29結 論通過此次畢業設計，我學到了很多，查找資料，硬件原理圖的繪制以及軟件的調試等過程，終于達到了設計的基本要求。本系統總體方案設計主要包括由磁阻傳感器、加速度計組成的信號采集模塊，由放大器、微處理器、置復位電路等組成的數據處理模塊，由 USB 口等外圍電路以及 LCD 液晶顯示屏組成的數據顯示模塊。系統對外部傳感器模擬信號進行采集，輸出信號經過放大后送入 C8051F320 單片機進行模數轉換及數據處理，利用磁阻傳感器感測得的地球磁場強度來確定航向；雙軸加速度計測得俯仰角與橫滾角，完成對 X、Y 軸磁場強度的計算補償。通過傾角計算、坐標變換得到的地磁航向角經過修正得到地理航向角，航向角以數字輸出的形式通過串口發送到 PC 機，除此之外，采用 LCD 液晶顯示屏直接顯示航向角。通過本次設計使我對羅盤有了比較全面的了解，但在設計工程中我也遇到了很多的困難，首先是對數字羅盤等方面知識的匱乏，許多理論知識在實際中應該怎樣應用等待，這些都使我在設計中一度陷入困境。其次，各種元器件的選擇和總體設計方案的選擇也曾使我的設計停滯不前。但在金老師的殷勤指導和孜孜不倦的講解下，我不但明白了原理，還掌握了方法和技巧。安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )30致 謝經過半年的忙碌和工作，本次畢業設計已經接近尾聲，通過本次畢業設計，讓我對我國電子軟件有了新的認識。這也使我認識到了自己知識的匱乏和能力的有限。從而激勵我在今后的學習和工作中更要努力的學習和不斷的充實自己。作為一個本科生的畢業設計，由于經驗匱乏，有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師金海紅老師。金老師平日里工作繁多，但在我做畢業設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是金老師仍然細心地糾正論文中的錯誤。除了敬佩金老師的專業水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。其次要感謝我的同學對我無私的幫助，我要感謝我們組的全體成員，沒有大家的團結一致，互相幫助就沒有今天！在我們這個小組中我們 5 個人共同來完成這個課題，雖然我們 5 個人各自完成的部分不同，但我們是一個團隊，大家經常在一起交流經驗，討論問題，正因為如此我才能順利的完成設計。我要感謝我的母校——安徽建筑工業學院，是母校給我們提供了優良的學習環境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業知識。最后，我再一次表達我對領導以及教過我所有的老師最衷心的感謝，是你們在我前進的道路上給以引導，并無私的教給我許多專業知識以及做人的道理。再次，讓我對所有的老師致以最崇高的敬意。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )31參考文獻[1] 王永強. 一種基于磁阻傳感器的數字羅盤的設計[J]. 計算機測量與控制, 2022, 15(12): 1864 1866.[2] 李怡達. 基于磁阻傳感器與微處理器的二維磁電子羅盤的設計[J]. 功能材料與器件學報， 2022, 14(2): 558560.[3] 常青 楊東凱 寇艷紅. 車輛導航定位方法及應用[M]. 機械工業出版社，2022.[4] 劉大杰 施一民 (GPS)的原理與數據處理[M].上海：同濟大學出版社, 2022.[5] 賈伯年，[M].東南大學出版社, 1996.[6] [M].北京:電子工業出版社, 2022.[7] 陳篤行. 磁場測量基礎[M]. 北京: 機械工業出版社, 1985.[8] Honeywell Magic Sensor Products user’s manual[EB/OL],Honeywell Application Note, 2022.[9] 兩軸磁傳感器 HMC1052 手冊[10]翟飛飛 趙振 陳潤深 戴勝華. 雙軸加速度傳感器 ADXL202 , 2022[11]孫涵芳， 徐愛卿. 單片機原理及應用. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2022.[12]潘琢金譯. 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IEEE Trans on Mobile Computing, 2022, 5(11): 15611574.安徽建筑工業學院畢業設計(論文 )33附錄1 系統原理圖1 2 3 4ABCD4321DCBA Title Number RevisionSizeA4Date: 12Jun2022 Shet of File: d:\三三\Backup of Backup of By:1Vin 3 Vout2GNDC110uF C210uF VIN3 GND2 VLEF1 D 5in 4LM4130CIMU2 Ciof147uF GND3 D+4 D5VD6 REGIN7 VBUS8 /RST/C2CK92D10111213141516.1 19 22 25262728293031VBUS3280C51F320A180C51F320RDCLKD+VD5V VD5VREGINVBUSD01AN3S1SWPB12345678J1CON812345678J2CON812345678J3CON812345678J4CON8RD1CLKGNDD+REGINVBUSAN1AN2 DC0D00D01AN3L1R2 10VD5V