基于MSP430F5438单片机的便携电子指南针研究设计.docVIP

基于MSP430F5438单片机的便携电子指南针研究设计 摘 要 指南针从古至今一直是人们常用的导航工具，从我国发明的司南到现在精密的电子指南设备，无不体现电子设备的众多优点，本设计中主要提出一种新型的电子指南针设计方法，利用磁场传感器、实时时钟芯片、液晶显示屏和单片机构成的电子指南针。 关键词 电子指南针；磁场传感器；便携性 中图分类号TP368.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）87-0206-02 0引言 目前比较流行的检测技术是利用磁阻这种磁场传感器检测地磁，利用倒装技术，可以很好的消除数据的偏移量，而这种技术本身可以很好的减小温漂和误检测。本设计中硬件系统包含磁场传感器、主控核心、液晶显示器、RTC电路等，其中磁阻需要通过支持ASIC的磁场传感器的芯片将数据通过SPI的方式传输给MCU。 1 系统硬件设计 硬件设计时首先要考虑微控制器MCU的工作效率还有工作时的功耗情况，所以设计中采用TI公司低功耗16位单片机MSP430F5438作为主控核心；其次考虑控制精度要求，采用磁阻传感器GMR和专用芯片ASIC来分析当前的磁极状态；最后考虑到多功能的实现，加入了RTC功能以及低功耗的LCD显示。 1.1 MSP430F5438单片机 MSP430F54XX系列单片机是德州仪器TI公司近两年推出的新型16位单片机，具有较高的运行频率，内置丰富的存储器，I/O引脚充裕，内置16通道的12位ADC，最重要的是它可以超低功耗的运行，非常适合设计成为便携设备。 1.2磁阻传感器及ASIC 本设计中采用了磁阻效应传感器来测量磁场的强度，从而测量出方向。该原理描述为当电流被施加在强磁性合金属的纵向方向上，如果垂直于电流方向的，然后施加磁场，铁磁磁阻异质性现象的磁阻传感器的根据出现，从而使合金与它们的电阻变化相一致。由于传感器体积非常小，测量精度高，最小分辨率可达0.00015高斯，所以在本设计中测量地磁场已经足够。 通过磁阻效应在磁场中的变化可以被转换成相应的电流变化，可以由A / D转换器得到的相应的数字量。这部分的ADC有一个专用的主磁场测量芯片来完成。在设计中使用著名的PNI公司PNI11096磁测量专用集成电路，该芯片可以测量一个3轴的磁场强度，在相同的时间上。可以使用Z-轴的倾斜校正，以提高测量精度。通过使用PNI11096芯片构成典型的信号处理电路，其中包括输入信号处理部分、A/D转换电路部分、数据输出部分三个部分。由于芯片内部集成了3轴传感器，即X，Y，Z三轴，又可以根据测量加速度原理测量出三个轴的磁场强度，使得Z轴的磁场强度校正水平面，使得X，Y轴的测量更为的精确。下图为ASIC电路图。 1.3 RTC电路 设计中考虑到实时时钟功能（RTC），故选择一款内置晶振，并且走时准确的RTC芯片是比较重要的，由于MPS430单片机一般都内置RTC，但是在软件设计中要充分考虑到单片机在处理ASIC发来的数据时的压力以及功耗，故设计中采用M41T62作为时钟芯片。它具有内置晶振，串行通信、报警等功能。最低工作电流400uA，最低的电池工作电流是1uA，内建32.768KHz振荡器。 1.4 液晶显示电路 Nokia 3310手机的LCD液晶显示器不仅占用体积小，耗电量低，适合串行驱动，最重要的是具有很高的性价比。因此，很多产品都用单片机来驱动该模块，制做出很多产品，由于该LCD的工作电压范围是2.7V～3.3V，正好和单片机供电是一致，故不需要降压处理，由于该显示器是串行处理数据，我们采用SPI方式进行传输数据。 2 系统软件设计 在设计软件过程中，为了使运行时产生的功耗降低，程序使用后台运行的方式，对数据进行处理，当有触发信号后唤醒，没有信号时进入休眠状态，程序采用模块化编程，主要分为MCU初始化、RTC初始化、LCD初始化、ASIC系统及ADC初始化等工作，最后对各个模块进行驱动即可。如LCD初始化程序： LCD_write_byte（0x21， 0）；// 使用扩展命令设置LCD模式 LCD_write_byte（0xc8， 0）；// 设置偏置电压 LCD_write_byte（0x06， 0）；// 温度校正 LCD_write_byte（0x13， 0）；// 1：48 LCD_write_byte（0x20， 0）；// 使用基本命令 LCD_clear（）；// 清屏 LCD_write_byte（0x0c， 0）；// 设定显示模式，正常显示 在设计中对LCD驱动使用常用的Bresenham 画圆法，参考常见的程序如下： 参考文献 [1]葛年明，周泉，刘虎.基于MSP430F5438的智能公交车载系统设计[J].自动化与仪器仪表，2012，6.