基于AT89C51的数字指南针设计与实现

犹陆科　卢涵宇　王羽佳

摘要：随着人民生活技水平的提升，人们外出旅游越来越多。本文设计的数字指南针系统，充分结合AT89C51芯片的性能特点，采用两个霍尔传感器作为地磁信息采集的核心部件，实现了对地磁信息的采集、放大，经过单片机处理，最终显示出用文字和语音表示的当前所处方位及当前地理位置的温度信息。

关键词：数字指南针；AT89C51；地磁信息；数字温度传感器

中图分类号： TP208 文献标识码：A 文章编号：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

隨着数字化的快速兴起，指南技术也正朝着方便、快捷和高性能等方向发展。现代指南针多了电子计数，有防干扰指南针，车载电子指南针，还有利用陀螺进动性原理制造而成的指南针，这些指南针携带方便，而且准确性较高，且被应用于生活的各个方面，随着现代科技的发展，指南针技术正向方便快捷、高性能等数字化方向发展。

本文介绍的数字指南针系统在分析和比较各种地磁场传感器应用方案的基础上，从成本、可靠性、定位精度和实用性等方面出发，充分结合AT89C51芯片的性能特点以及指南针系统较为单一的功能。本系统设计包括霍尔传感器、数字温度传感器、单片机控制、液晶显示、语音播报等五部分，实现了对地磁信息的采集、放大，经过单片机处理，最终显示出用文字和语音表示的当前所处方位。同时，通过数字温度传感器DS18B20，向使用者提供当前地理位置的温度信息。

1 整体系统电路设计

本次设计是用两个霍尔传感器组成的二维磁场采集电路，将采集到的地磁信号以高低电平循环送入单片机，同时，通过数字温度传感器采集温度信号也以同样的方式送入单片机；通过一系列的程序控制各自的信息，然后通过液晶显示和语音提示当前的方位和温度。系统的整体设计框图如图1所示。

2 硬件设计

2.1信号采集电路

本次设计的信号采集有两个方面：一是地磁信息的采集；二是温度信号的采集。两个霍尔传感器组成的二维磁场采集系统，利用霍尔效应实现对地磁信号的采集，并送入AT89C51；同时，温度传感其也把它所收集的信息以高低电平的形式送入AT89C51中，这样就实现了系统信号的采集。其电路连接如图2所示。

2.2 液晶显示电路

本设计液晶显示模块选择使用LCD1602显示器，接收数字信号将最终方位信息显示出来，LCD1602液晶显示模块可以和单片机AT89C51直接接口，液晶显示模块的电路如图3所示。

2.3 语音播报电路

语音播报电路采用ISD1810，其应用电路如图4所示.ISD1810的REC与PE脚分别与单片机的P3.0、P3.1相接，由单片机直接控制语音芯片的录放音，同时为提高音频信号的输出功率，增加了音频放大电路，使用功率放大器LM386。LM386电源供电范围宽，VCC=4V～12V；静态电流小，当VCC=6V时静态电流典型值为4mA；电压增益可调；外围元件少。

从图4可看出：将ISD1810的输出信号（SP+、SP-）送入LM386的输入端进行放大后驱动喇叭SP2发声。其中在1脚和8脚之间接电容C5来设置增益，C5的大小决定了功率放大倍数的大小，C5取10uF时LM386的放大倍数为200倍。C4是输出耦合电容。

2.4 AT89C51芯片

AT89C51是ATMEL公司生产的高性能的8位单片机中的一种，片内含4k字节的可反复擦写的可编程的只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and reasable Read Only Memory）和128字节的随机存取数据存储器（RAM）。

AT89C51的主要性能包括：AT89C51与MCS—51控制器系列产品兼容，存储器可循环写入/擦除1000次；存储器数据能够保存大约10年；工作电压范围宽：可由2，7V到6V；全静态工作可由0Hz到16MHz；程序存储器具有3级锁存保护；128*8位内部RAM；32条可编程I/O线；两个16位定时器/计数器。

3系统测试和实现

本系统的软件设计主要可分为主程序模块、显示子程序服务程序、语音播报服务程序三大模块。

3.1 系统主程序设计

在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化，设置启动/清除标志寄存器、显示寄存器和语音寄存器，并对它们进行初始化，还需要中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。主程序流程图如图5所示。

3.2 液晶显示子程序

在本次设计中，液晶显示的内容主要有两个方面，即温度和方向显示。当通电后，LCD1602首先进行初始化，经过一定的延时，然后开始显示。LCD1602不需要驱动，所以只要外界有信号进入单片机，通过相应的数值计算，就可以直接显示程序所设置的内容。在数字指南针模块程序的设计过程中非常重要的就是读信号部分程序，读出信号子程序的主要功能是读出RAM中的9字节。

4 结论

本文基于AT89C51的数字指南针系统的设计，实现了对地磁信息的采集、放大，经过单片机处理，最终显示出用文字和语音表示的当前所处方位及当前地理位置的温度信息，系统操作简单，实用性强。

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