摘 要本文设计了一款智能电子指南针，该设计采用STC89C51单片机作为内部核心控制器，实现了磁场快速准确测量、方位角检测以及液晶显示等功能。在整体设计框架方面分为硬件电路和软件程序两大部分。硬件方面以STC89C51单片机作为主控部分，在芯片外部配置了LCD1602显示器和HMC5883L磁场传感器等智能模块，并通过STC89C51单片机对这些模块电路进行高效的控制驱动，实现了对电子指南针系统外部数据的灵活采集和转换。本文通过模块设计的方法将电子指南针系统化繁为简，逐一设计，最终实现所有功能指标。通过长时间的运行检测，对存在的缺陷进行了优化和改进。该设计简单实用，实现了预期的设计目标。
目录
一、 引言 1
1.1 电子指南针的发展背景 1
1.2 电子指南针的国内外发展现状 2
1.3 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
2.1电子指南针的方案设计 3
2.2 STC89C51单片机简介 3
2.3 HMC5883L传感器简介 4
2.4 LCD1602液晶屏幕简介 5
2.5机械按键介绍 5
三、 系统硬件设计 7
3.1最小系统电路设计 7
3.2 HMC5883L地磁传感器电路设计 7
3.3液晶屏显示电路设计 8
3.4按键电路设计 9
四、 系统软件设计 10
4.1电子指南针的主程序流程设计 10
4.2 LCD1602液晶屏显示子程序设计 10
4.3地磁线采集子程序设计 11
五、实物与测试
总结 14
参考文献 15
致 谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元件列表 19
附录四 程序 20
引言
电子指南针的发展背景
目前中国交通网络错综复杂，人们的出行旅游都离不开导航。而传统的指南针设计缺乏便捷性和实效性，很难以在生活中运用。电子指南针的出现解决了人们的出行问题。电 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: #351916072# 
子指南针属于单片机控制系统中的中小型控制系统，它不需要非常复杂的算法流程和微处理器的内部模块资源作为基础。运用STC89C51微控制器可以快速处理和计算电子指南针系统产生的数据并获得准确的结果，从而为人们提供了导航服务，并且目前在网络上发展STC89C51单片机材料非常丰富，特别是常见的问题和开发过程中遇到的电子指南针系统故障都能找到。因此以STC89C51为核心对指南针进行改造是较佳的方案。本课题将采用STC89C51单片机为核心设计一款高性能的电子指南针系统，方便人们出行。
1.2 电子指南针的国内外发展现状
电子指南针的发展在国外方兴未艾。早在多年前美国KVH公司生产的基于磁通门传感器的C100电子指南针成为了当时世界上最先进的电子指南针。而后美国PNI公司推出了基于磁传感器技术的TCM系列的电子指南针成为了指南针领域的标杆。我国受于计算机技术发展的制约，在电子指南针领域发展缓慢，目前还主要集中在电子指南针的应用上，所以电子指南针在我国的普及率较低。市场上大部分电子指南针产品的核心研发技术掌握在欧美一些企业手中。但随着32位微处理器技术的不断成熟，越来越多的研发人员掌握了这种高性能CPU内部寄存器的控制方法，并将这种高端CPU嵌入到电子指南针系统中。 这是一种提高系统性能的更有效方法，因此市场上越来越多的电子指南针产品开始使用更高处理的微处理器来实现控制。
2019年，随着各行各业的科技信息产品的加快，高性能的电子指南针逐渐出现在了我们的生活中。人们的出行交通都在潜移默化的使用着这些技术。随着我国的生产发展逐渐走向信息化，市场潜力走向壮大，电子指南针技术的发展为我国的信息化发展打下了基础。
1.3 本文主要研究内容
本课题成功实现了具有多种功能的电子指南针系统。本课题首先详细介绍了该控制系统的研发历史。总结了一些优秀的功能设计方法并应用于该主题。然后，根据电子指南针系统的发展现状，提出了本课题要实现的预期功能指标。然后设计了该电子指南针系统的硬件电路和软件系统，并将整个控制系统分为多个功能模块进行设计。最后组合每个模块以实现整体功能的统一。经过多次测试，这款电子指南针系统显示出非常高的稳定性和实用性。
方案设计及元器件选择
电子指南针的方案设计
根据项目的预期目标，本设计功能的实现需要通过STC89C51单片机芯片的控制来实现，并且每个功能都需要硬件电路和软件程序代码的组合来完成。电子指南针系统的实现方案设计如图1系统结构框图所示， HMC5883L地磁传感器集成模块用于实现磁场感应功能，电路检测地磁场并通过IIC接口将检测数据发送到MCU；按钮模块使用机械按钮实现电子指南针系统的打开和关闭；LCD1602显示电路用于实现高清液晶显示功能；单片机则通过控制晶格的亮度和消光来实现其内部的液晶显示。


图1 电子指南针系统框图
2.2 STC89C51单片机简介
得益于内部CPU和外部模块之间的灵活布局，STC89C51具有高效的通信速率，并实现了信号控制的作用。此外，微处理器芯片在FLASH存储器模块中编程。因此在正式工作中，微处理器的控制部分将检索FLASH中的程序代码。 STC89C51微控制器的主要工作过程是将数据发送到CPU进行操作，并将操作期间生成的数据变量存储在RAM中。此外STC89C51可以在很宽的时钟频率范围内稳定工作。这种性能不仅可以确保用户的选择，还可以确保不同应用的功率要求。


图2 单片机芯片
HMC5883L传感器简介
在MCU系统中实现地磁场检测功能的地磁传感器主要包括HMC5883L地磁传感器和MPU9250 9轴传感器。这两种装置都可以达到良好的工作效果，但两种地磁传感器的使用方法和效果差别很大。前者具有很高的集成度，使用简单，成本低，后者功能单一，需要与复杂的外围驱动电路相结合，因此在本设计中HMC5883L磁场传感器更适合。从图3中设备的外形图可以看出磁场传感器的集成度非常高，设计人员拔出五个功能引脚供用户使用，用户可以通过简单的电路焊接正常使用该设备。该器件的封装尺寸非常适合，功耗较低。 HMC5883L地磁传感器的测量范围为±1.3~8高斯。与其他常见的地磁传感器设备相比，HMC5883L具有更突出的优点，可以自动完成地磁信号的补偿


图3 HMC5883L传感器实物图
LCD1602液晶屏幕简介
在本课题中LCD1602液晶显示屏的主要作用是显示参数，在生产这款高性能的液晶显示器时，深圳贝利佳公司考虑到为了能够使得用户尽可能简单的驱动该器件，因此在外观方面将其设计成16脚直插的封装。如图4所示是这款LCD1602显示器的外观图，在工作参数方面这款LCD1602显示器能够表现出高达显示32组液晶点阵的性能。LCD1602液晶屏幕内部结构框架方面，该公司则将内部各个功能模块进行了清晰的划分，各模块之间能够通过总线实现高效的联系。用户可以通过STC89C51单片机的GPIO管脚实现对LCD1602液晶显示屏的灵活驱动，只需要进行简单的指令和数据注入即可实现重要参数的显示效果。

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