基于FPGA的高精度电子罗盘设计

论文总字数：19929字

目 录

1 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 课题内容概述 1

2 电子罗盘设计原理与思路 2

2.1 电子罗盘的原理 2

2.2 电子罗盘设计思路 3

3 系统硬件选择与设计 4

3.1 FPGA芯片的选择 4

3.2 FPGA最小系统的设计 5

3.3 电源模块与稳压模块的设计 7

3.4 传感器模块的选择 7

3.5 动态存储器的设计 9

3.6 显示模块的设计 10

3.7 PCB布局与布线的设计 11

4 系统功能的软件设计 12

4.1 系统开发总体设计 12

4.2 系统软件环境设计 13

4.3 IIC通讯协议驱动设计 17

4.4 方位角度算法设计 19

4.5 显示驱动设计 21

5 系统调试 21

6 总结与展望 23

参考文献 24

致谢 25

基于FPGA的高精度电子罗盘设计

程朗

，China

Abstract: This article designs an FPGA-based high-precision electronic compass. This design uses an FPGA as the main control chip. It collects relevant geomagnetic data from the HMC5883L geomagnetic sensor module with the IIC protocol, and then obtains the azimuth angle through the correlation algorithm, and then transmits it to the display screen, which is then displayed in real time by the display screen. The design can accurately and accurately display the orientation in the absence of magnetic field interference, and has good versatility, real-time performance and reliability. Tests show that the electronic compass can effectively display the indicated azimuth and azimuth angle in real time in the horizontal direction.The accuracy of the azimuth angle is within 2° compared with the smartphone built-in compass, and the power consumption is low and the operation is stable. It can be used in the general navigation field.

Key words: FPGA; HMC5883L; IIC protocol; electronic compass

绪论

磁罗盘俗称指南针，它是一种简略的用来指示判断方位的工具，也是一种常见的被人使用的导航器具，在很多场景中我们都可以看到它。而司南即指南针的前身，作为古代中国四大发明之一，它是由一根装在轴上磁化了的并且能够自动旋转的针构成的。它在地磁场的影响下磁针会与磁子午线的切线方向保持平行，磁针的北极对准了地理的南极，因而就可以用它来辨别方向^[1]。罗盘经常使用在大海航行、大地测量、车载导航等方面。

课题研究背景及意义

跟着科技的一向前进，指南针的道理也被世人所领会，先前粗笨的“司南”也逐步演变成为此刻的灵活的指南针。然而，它最根本的原理结构是没有改变的，都还是相对粗糙精度不高的机械指南针，另外，罗盘的机械结构基本上也没有改变，之所以能自由的转动都是运用某种撑持使得地磁场可以影响磁针。机械有很多无法避免的客观要素不只影响指针式指南针的便捷便携性、灵敏度、精确度并且还影响其使用寿命^[2]。现在我们国和其他国在电力电子技术领域成长都很迅猛，尤其在多种特需芯片和某些专用传感器都有了质的转变，磁传感器便是一大特例，它的成长使指南针的根基实现机理有了更高水平的成长，老式机器布局将逐步退化，如今对磁场的测量方法和指示方位都改用轻盈便捷的磁传感器和专用传感器，这便是现在运用较为遍及的电子式指南针。

如我们所知的是，电子指南针通常都不是独立的存在并为大家所用的。它通常是与其他工具相结合从而发挥出更大的作用。比如现在各种交通工具上，从私家的小轿车到公共交通的公交车、高铁和飞机，这些交通工具必然离不开方位测量工具，通常它们都会配备导航仪，而导航仪最核心的工具就是方位指示工具，就是我们俗称的指南针，而且它们是电子的。离我们更近的智能手机也同样内嵌了相应的定位导航工具，这样我们不管在哪里都能知道自己的位置以及面向何方。可见，电子指南针在我们日常生活中充当着关键的角色。

随着时代的进展，科技的发展，各种各样的半导体材料涌现出来，它们让各部分功能综合、整合的技术也在逐渐成熟，电子罗盘技术也得到迅猛的发展，形形色色的电子罗盘在我们的日常当中也不言而喻，尤其是在导航方面充当着重要角色。同时电子罗盘也普遍的应用在孔洞的测量、水下探测、VR等方面。数字电子罗盘技术在我国的的研究起步相对较晚，直到二十世纪初才有了对电子罗盘的专研。

虽然如今市场上有着各种各样的电子罗盘，但是他们的功能都比较单一，没有校准功能，也没有清晰明了的可视化界面，通常只能指示单一的方位，而不能指示确切的方位度数，即使能指示相应的方位度数，其精确度也高达5°左右，这样的精度是远远不能满足如今市场的要求。所以在具备高精度的情况下，再增添多样的功能是未来电子罗盘发展的必然趋势。

课题内容概述

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