基于AT89C51的數(shù)字指南針設計與實現(xiàn)

猶陸科　盧涵宇　王羽佳

摘要：隨著人民生活技水平的提升，人們外出旅游越來越多。本文設計的數(shù)字指南針系統(tǒng)，充分結合AT89C51芯片的性能特點，采用兩個霍爾傳感器作為地磁信息采集的核心部件，實現(xiàn)了對地磁信息的采集、放大，經過單片機處理，最終顯示出用文字和語音表示的當前所處方位及當前地理位置的溫度信息。

關鍵詞：數(shù)字指南針；AT89C51；地磁信息；數(shù)字溫度傳感器

中圖分類號： TP208 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）15-0264-02

Design and Implementation of Digital Compass Based on AT89C51

YOU Lu-ke，LU Han-yu ，WANG Yu-jia

（ College of Big Data and Information Engineering，Guiyang 550025，China）

Abstract： With the improvement of people's living skills， more and more people go out to travel. The digital compass system designed in this paper， fully combined with the performance characteristics of AT89C51 chip， uses two Holzer sensors as the core components of geomagnetic information collection， and realizes the acquisition and magnification of geomagnetic information. It has been processed by single chip computer. Finally， it shows the current location and the current geographical position expressed in words and speech. The temperature information is placed.

Key words： Digital compass； AT89C51； Geomagnetic information；Digital temperature sensor

隨著數(shù)字化的快速興起，指南技術也正朝著方便、快捷和高性能等方向發(fā)展?，F(xiàn)代指南針多了電子計數(shù)，有防干擾指南針，車載電子指南針，還有利用陀螺進動性原理制造而成的指南針，這些指南針攜帶方便，而且準確性較高，且被應用于生活的各個方面，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，指南針技術正向方便快捷、高性能等數(shù)字化方向發(fā)展。

本文介紹的數(shù)字指南針系統(tǒng)在分析和比較各種地磁場傳感器應用方案的基礎上，從成本、可靠性、定位精度和實用性等方面出發(fā)，充分結合AT89C51芯片的性能特點以及指南針系統(tǒng)較為單一的功能。本系統(tǒng)設計包括霍爾傳感器、數(shù)字溫度傳感器、單片機控制、液晶顯示、語音播報等五部分，實現(xiàn)了對地磁信息的采集、放大，經過單片機處理，最終顯示出用文字和語音表示的當前所處方位。同時，通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20，向使用者提供當前地理位置的溫度信息。

1 整體系統(tǒng)電路設計

本次設計是用兩個霍爾傳感器組成的二維磁場采集電路，將采集到的地磁信號以高低電平循環(huán)送入單片機，同時，通過數(shù)字溫度傳感器采集溫度信號也以同樣的方式送入單片機；通過一系列的程序控制各自的信息，然后通過液晶顯示和語音提示當前的方位和溫度。系統(tǒng)的整體設計框圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1信號采集電路

本次設計的信號采集有兩個方面：一是地磁信息的采集；二是溫度信號的采集。兩個霍爾傳感器組成的二維磁場采集系統(tǒng)，利用霍爾效應實現(xiàn)對地磁信號的采集，并送入AT89C51；同時，溫度傳感其也把它所收集的信息以高低電平的形式送入AT89C51中，這樣就實現(xiàn)了系統(tǒng)信號的采集。其電路連接如圖2所示。

2.2 液晶顯示電路

本設計液晶顯示模塊選擇使用LCD1602顯示器，接收數(shù)字信號將最終方位信息顯示出來，LCD1602液晶顯示模塊可以和單片機AT89C51直接接口，液晶顯示模塊的電路如圖3所示。

2.3 語音播報電路

語音播報電路采用ISD1810，其應用電路如圖4所示.ISD1810的REC與PE腳分別與單片機的P3.0、P3.1相接，由單片機直接控制語音芯片的錄放音，同時為提高音頻信號的輸出功率，增加了音頻放大電路，使用功率放大器LM386。LM386電源供電范圍寬，VCC=4V～12V；靜態(tài)電流小，當VCC=6V時靜態(tài)電流典型值為4mA；電壓增益可調；外圍元件少。

從圖4可看出：將ISD1810的輸出信號（SP+、SP-）送入LM386的輸入端進行放大后驅動喇叭SP2發(fā)聲。其中在1腳和8腳之間接電容C5來設置增益，C5的大小決定了功率放大倍數(shù)的大小，C5取10uF時LM386的放大倍數(shù)為200倍。C4是輸出耦合電容。

2.4 AT89C51芯片

AT89C51是ATMEL公司生產的高性能的8位單片機中的一種，片內含4k字節(jié)的可反復擦寫的可編程的只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and reasable Read Only Memory）和128字節(jié)的隨機存取數(shù)據存儲器（RAM）。

AT89C51的主要性能包括：AT89C51與MCS—51控制器系列產品兼容，存儲器可循環(huán)寫入/擦除1000次；存儲器數(shù)據能夠保存大約10年；工作電壓范圍寬：可由2，7V到6V；全靜態(tài)工作可由0Hz到16MHz；程序存儲器具有3級鎖存保護；128*8位內部RAM；32條可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器。

3系統(tǒng)測試和實現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件設計主要可分為主程序模塊、顯示子程序服務程序、語音播報服務程序三大模塊。

3.1 系統(tǒng)主程序設計

在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化，設置啟動/清除標志寄存器、顯示寄存器和語音寄存器，并對它們進行初始化，還需要中斷向量的設計以及開中斷、循環(huán)等待等工作。主程序流程圖如圖5所示。

3.2 液晶顯示子程序

在本次設計中，液晶顯示的內容主要有兩個方面，即溫度和方向顯示。當通電后，LCD1602首先進行初始化，經過一定的延時，然后開始顯示。LCD1602不需要驅動，所以只要外界有信號進入單片機，通過相應的數(shù)值計算，就可以直接顯示程序所設置的內容。在數(shù)字指南針模塊程序的設計過程中非常重要的就是讀信號部分程序，讀出信號子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。

4 結論

本文基于AT89C51的數(shù)字指南針系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了對地磁信息的采集、放大，經過單片機處理，最終顯示出用文字和語音表示的當前所處方位及當前地理位置的溫度信息，系統(tǒng)操作簡單，實用性強。

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