HMC5883L电子指南针罗盘

模块来源

采购链接：

https://detail.tmall.com/item.htm?abbucket=15&id=615355218813&ns=1

HMC5883L资料下载链接：

https://pan.baidu.com/s/1DfYH5OQHmD8zj1fMbI6ffg

提取码：8888

规格参数

工作电压：3-5V
消耗电流：最大0.1mA
通讯协议：IIC
测量范围：±1.3-8高斯
供电电压：1.8V （典型）
重量：15g
尺寸大小：3x3x0.9mm

移植过程

我们的目标是在天空星GD32F407上能够实现xyz的读取并且输出到串口上。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现，再移植至我们的工程。

查看资料

HMC5883L是霍尼韦尔采用各向异性磁阻技术开发的磁力计模块。它是一个多芯片模块,充当数字罗盘(电子罗盘模块) ,用于确定方向并测量沿X，Y和Z轴的磁场的大小和方向。HMC5883L模块将磁场转换为3轴引脚上的差分电压输出。与人类不同，机器人和无人机等无人机器无法感知向哪个方向移动，所以它们需要一个传感器来识别方向，这就是磁力计发挥的功能。它们感知磁场并基于该磁场，告诉集成该磁力计设备的方向。因此，可以使用HMC5883L来确定物体的方向。

HMC5883L模块具有两个配置寄存器，配置寄存器A用来配置该装置设置的数据输出速率和测量配置；配置寄存器 B 设置装置的增益。

模式寄存器则是用来设定装置的操作模式，有连续测量模式，单一测量模式和闲置模式等。具体的情况可以查阅HMC5883L数据手册。

配置寄存器A：

• CRA7 ：清除后才能使用；
• CRA6 - CRA5 ： 采样平均数，默认8次；
• CRA4 - CRA2 ： 输出速率，在连续测量模式下使用，默认15Hz；
• CRA1 - CRA0 ： 设置XYZ轴正偏压或负偏压，默认00即可。

配置寄存器B：

• CRB7 - CRB5：设置增益位，即多大的值为1高斯，默认1090/高斯，见下图；
• CRB4 - CRB0：清零

模式寄存器：

数据寄存器：
每个轴的数据共16位，存储在两个寄存器（高八位MSB，第八位LSB）。只有把所有寄存器都读取完后，才会清除RDY位和DRDY信号。
状态寄存器：

引脚选择

移植至工程

移植步骤中的导入.c和.h文件与【2.1 DHT11温湿度传感器】相同，只是将.c和.h文件更改为HMC5883L.c与HMC5883L.h。见2.1.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。

将bsp_uart.h文件，替换成下方的代码：

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*/

#ifndef __BSP_UART_H__
#define __BSP_UART_H__

#include "board.h"

#define BSP_USART_TX_RCU  RCU_GPIOA   // 串口TX的端口时钟
#define BSP_USART_RX_RCU  RCU_GPIOA   // 串口RX的端口时钟
#define BSP_USART_RCU     RCU_USART0  // 串口0的时钟

#define BSP_USART_TX_PORT GPIOA       // 串口TX的端口
#define BSP_USART_RX_PORT GPIOA        // 串口RX的端口
#define BSP_USART_AF      GPIO_AF_7   // 串口0的复用功能
#define BSP_USART_TX_PIN  GPIO_PIN_9  // 串口TX的引脚
#define BSP_USART_RX_PIN  GPIO_PIN_10 // 串口RX的引脚

#define BSP_USART             USART0               // 串口0
#define BSP_USART_IRQ         USART0_IRQn          // 串口0中断
#define BSP_USART_IRQHandler  USART0_IRQHandler    // 串口0中断服务函数

/* 串口缓冲区的数据长度 */
#define USART_RECEIVE_LENGTH  1024

extern uint8_t  g_recv_buff[]; // 接收缓冲区
extern uint16_t g_recv_length;          // 接收数据长度
extern uint8_t  g_recv_complete_flag;  // 接收完成标志位

void usart_gpio_config(uint32_t band_rate);                           // 配置串口
void usart_send_data(uint8_t ucch);                                   // 发送一个字符
void usart_send_string(uint8_t *ucstr);                               // 发送一个字符串
void  usart_receive_clear(void);

#endif /* __BSP_UART_H__ */

将bsp_uart.c文件，替换成下方的代码：

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*/

#include "bsp_uart.h"
#include <stdio.h>

uint8_t          g_recv_buff[];  // 接收缓冲区
uint16_t         g_recv_length = 0;                  // 接收数据长度
uint8_t          g_recv_complete_flag = 0;           // 接收数据完成标志位

/************************************************
函数名称 ： usart_gpio_config
功    能 ： 串口配置GPIO
参    数 ： band_rate:波特率
返 回 值 ： 无
作    者 ： LC
*************************************************/
void usart_gpio_config(uint32_t band_rate)
{
        /* 开启时钟 */
        rcu_periph_clock_enable(BSP_USART_TX_RCU);   // 开启串口时钟
        rcu_periph_clock_enable(BSP_USART_RX_RCU);   // 开启端口时钟
        rcu_periph_clock_enable(BSP_USART_RCU);      // 开启端口时钟

        /* 配置GPIO复用功能 */
        gpio_af_set(BSP_USART_TX_PORT,BSP_USART_AF,BSP_USART_TX_PIN);
        gpio_af_set(BSP_USART_RX_PORT,BSP_USART_AF,BSP_USART_RX_PIN);

        /* 配置GPIO的模式 */
        /* 配置TX为复用模式 上拉模式 */
        gpio_mode_set(BSP_USART_TX_PORT,GPIO_MODE_AF,GPIO_PUPD_PULLUP,BSP_USART_TX_PIN);
        /* 配置RX为复用模式 上拉模式 */
        gpio_mode_set(BSP_USART_RX_PORT, GPIO_MODE_AF,GPIO_PUPD_PULLUP,BSP_USART_RX_PIN);

        /* 配置TX为推挽输出 50MHZ */
        gpio_output_options_set(BSP_USART_TX_PORT,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,BSP_USART_TX_PIN);
        /* 配置RX为推挽输出 50MHZ */
        gpio_output_options_set(BSP_USART_RX_PORT,GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, BSP_USART_RX_PIN);

        /* 配置串口的参数 */
        usart_deinit(BSP_USART);                                 // 复位串口
        usart_baudrate_set(BSP_USART,band_rate);                 // 设置波特率
        usart_parity_config(BSP_USART,USART_PM_NONE);            // 没有校验位
        usart_word_length_set(BSP_USART,USART_WL_8BIT);          // 8位数据位
        usart_stop_bit_set(BSP_USART,USART_STB_1BIT);           // 1位停止位

          /* 使能串口 */
        usart_enable(BSP_USART);                                 // 使能串口
        usart_transmit_config(BSP_USART,USART_TRANSMIT_ENABLE);  // 使能串口发送
        usart_receive_config(BSP_USART,USART_RECEIVE_ENABLE);    // 使能串口接收

        /* 中断配置 */
        nvic_irq_enable(BSP_USART_IRQ, 2, 2);    // 配置中断优先级
        usart_interrupt_enable(BSP_USART,USART_INT_RBNE);    // 读数据缓冲区非空中断和溢出错误中断
        usart_interrupt_enable(BSP_USART,USART_INT_IDLE);    // 空闲检测中断
}

/************************************************
函数名称 ： usart_send_data
功    能 ： 串口重发送一个字节
参    数 ： ucch：要发送的字节
返 回 值 ：
作    者 ： LC
*************************************************/
void usart_send_data(uint8_t ucch)
{
        usart_data_transmit(BSP_USART,(uint8_t)ucch);    // 发送数据
        while(RESET == usart_flag_get(BSP_USART,USART_FLAG_TBE));  // 等待发送数据缓冲区标志置位
}


/************************************************
函数名称 ： usart_send_String
功    能 ： 串口发送字符串
参    数 ： ucstr:要发送的字符串
返 回 值 ：
作    者 ： LC
*************************************************/
void usart_send_string(uint8_t *ucstr)
{
        while(ucstr && *ucstr)        // 地址为空或者值为空跳出
        {
          usart_send_data(*ucstr++);  // 发送单个字符
        }
}
void  usart_receive_clear(void)
{
    unsigned int i = 0;
    for( i = 0; i < USART_RECEIVE_LENGTH; i++ )
    {
        g_recv_buff[] = 0;
    }
    g_recv_length = 0;
}

#if !defined(__MICROLIB)
//不使用微库的话就需要添加下面的函数
#if (__ARMCLIB_VERSION <= 6000000)
//如果编译器是AC5  就定义下面这个结构体
struct __FILE
{
        int handle;
};
#endif

FILE __stdout;

//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
void _sys_exit(int x)
{
        x = x;
}
#endif

/* retarget the C library printf function to the USART */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    usart_data_transmit(BSP_USART, (uint8_t)ch);
    while(RESET == usart_flag_get(BSP_USART, USART_FLAG_TBE));
    return ch;
}

/************************************************
函数名称 ： BSP_USART_IRQHandler
功    能 ： 串口接收中断服务函数
参    数 ： 无
返 回 值 ： 无
作    者 ： LC
*************************************************/
void BSP_USART_IRQHandler(void)
{
        if(usart_interrupt_flag_get(BSP_USART,USART_INT_FLAG_RBNE) == SET)   // 接收缓冲区不为空
        {
                g_recv_buff[] = usart_data_receive(BSP_USART);      // 把接收到的数据放到缓冲区中
        }

        if(usart_interrupt_flag_get(BSP_USART,USART_INT_FLAG_IDLE) == SET)   // 检测到帧中断
        {
                usart_data_receive(BSP_USART);                     // 必须要读，读出来的值不能要
                g_recv_buff[] = '\0';                 // 数据接收完毕，数组结束标志
                g_recv_complete_flag = 1;                          // 接收完成
                usart_interrupt_flag_clear(BSP_USART, USART_INT_FLAG_IDLE);
        }

}

接下来将HMC5883L.c代码编写如下：

/*
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 */

#include  "HMC5883L.h"
#include "board.h"
#include "math.h"

short HMC_X,HMC_Y,HMC_Z; //HMC5883三轴数据输出
float Angle;
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：HMC5883L_GPIO_Init
 * 函 数 说 明：HMC5883L的引脚初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void HMC5883L_GPIO_Init(void)
{
        /* 使能时钟 */
        rcu_periph_clock_enable(HMC5883L_RCU_SCL);
        rcu_periph_clock_enable(HMC5883L_RCU_SDA);

        /* 配置SCL为输出模式 */
        gpio_mode_set(HMC5883L_PORT_SCL,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,HMC5883L_PIN_SCL);
        /* 配置为推挽输出 50MHZ */
        gpio_output_options_set(HMC5883L_PORT_SCL,GPIO_OTYPE_OD,GPIO_OSPEED_50MHZ,HMC5883L_PIN_SCL);

        /* 配置SDA为输出模式 */
        gpio_mode_set(HMC5883L_PORT_SDA,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,HMC5883L_PIN_SDA);
        /* 配置为推挽输出 50MHZ */
        gpio_output_options_set(HMC5883L_PORT_SDA,GPIO_OTYPE_OD,GPIO_OSPEED_50MHZ,HMC5883L_PIN_SDA);

                gpio_bit_set(HMC5883L_PORT_SCL,HMC5883L_PIN_SCL);
                gpio_bit_set(HMC5883L_PORT_SDA,HMC5883L_PIN_SDA);
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Start
 * 函 数 说 明：IIC起始时序
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
        SDA_OUT();

        SDA(1);
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);

        SDA(0);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        delay_us(5);

}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Stop
 * 函 数 说 明：IIC停止信号
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);

        SCL(1);
        delay_us(5);
        SDA(1);
        delay_us(5);

}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Send_Ack
 * 函 数 说 明：主机发送应答或者非应答信号
 * 函 数 形 参：0发送应答  1发送非应答
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(unsigned char ack)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);
        delay_us(5);
        if(!ack) SDA(0);
        else     SDA(1);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        SDA(1);
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：I2C_WaitAck
 * 函 数 说 明：等待从机应答
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：0有应答  1超时无应答
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char I2C_WaitAck(void)
{

        char ack = 0;
        unsigned char ack_flag = 10;
        SCL(0);
        SDA(1);
        SDA_IN();
        delay_us(5);
        SCL(1);
                delay_us(5);

        while( (SDA_GET()==1) && ( ack_flag ) )
        {
                ack_flag--;
                delay_us(5);
        }

        if( ack_flag <= 0 )
        {
                IIC_Stop();
                return 1;
        }
        else
        {
                SCL(0);
                SDA_OUT();
        }
        return ack;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Send_Byte
 * 函 数 说 明：写入一个字节
 * 函 数 形 参：dat要写人的数据
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void Send_Byte(uint8_t dat)
{
        int i = 0;
        SDA_OUT();
        SCL(0);//拉低时钟开始数据传输

        for( i = 0; i < 8; i++ )
        {
                SDA( (dat &0x80)>>7 );
                delay_us(1);
                SCL(1);
                delay_us(5);
                SCL(0);
                delay_us(5);
                dat<<=1;
        }
//                I2C_WaitAck();



}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Read_Byte
 * 函 数 说 明：IIC读时序
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：读到的数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char Read_Byte(void)
{
        unsigned char i,receive=0;
        SDA_IN();//SDA设置为输入
        for(i=0;i<8;i++ )
        {
                SCL(0);
                delay_us(5);
                SCL(1);
                delay_us(5);
                receive<<=1;
                if( SDA_GET() )
                {
                        receive|=1;
                }
                delay_us(5);
        }
    SCL(0);
        return receive;
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Write_HMC5883
 * 函 数 说 明：单个字节写入寄存器
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：1-失败 0-成功
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
uint8_t Write_HMC5883(uint8_t Slave_Address, uint8_t Register_Address, uint8_t Register_Data)
{
     IIC_Start();
         Send_Byte(Slave_Address);//发送设备地址
         if(I2C_WaitAck())        //等待应答
         {
                  IIC_Stop();
                  return 1;
         }
     Send_Byte(Register_Address); //写寄存器地址
     I2C_WaitAck();                          //等待应答
         Send_Byte(Register_Data);    //发送数据
         if(I2C_WaitAck())                      //等待ACK
         {
                  IIC_Stop();
                 return 1;
         }
     IIC_Stop();
     return 0;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Read_HMC5883
 * 函 数 说 明：读取单个字节数据
 * 函 数 形 参：Address IIC从机地址
 * 函 数 返 回：读到的数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
uint8_t Read_HMC5883(uint8_t Slave_Address, uint8_t Register_Address)
{
    static uint8_t Res_Data = 0;
    IIC_Start();
        Send_Byte(Slave_Address);//0X3C
        I2C_WaitAck();                //等待应答
    Send_Byte(Register_Address);        //寄存器地址
    I2C_WaitAck();                //等待应答
    IIC_Start();
        Send_Byte(Slave_Address + 1);//0X3D
    I2C_WaitAck();                //等待应答
        Res_Data=Read_Byte();//读取数据,
        IIC_Send_Ack(1);        // 发送nACK
    IIC_Stop();                        //产生一个停止条件
        return Res_Data;
}



//初始化HMC5883，根据需要请参考pdf进行修改****
void HMC5883_Init()
{
    HMC5883L_GPIO_Init() ;
    Write_HMC5883(HMC5883_ADDR, 0X00, 0X58); //写寄存器A，30Hz数据输出、采样平均数0
    Write_HMC5883(HMC5883_ADDR, 0X01, 0X40); //写寄存器B，传感器量程+-0.88Ga、增益1370高斯
    Write_HMC5883(HMC5883_ADDR, 0X02, 0X00); //写寄存器C，连续数据输出
}



/******************************************************************
 * 函 数 名 称：HMC5883_Get_Angle
 * 函 数 说 明：获得Angle数据
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：获得的数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void HMC5883_Get_Angle(void)
{
    uint8_t i ;
    short Recive_Data[] ;   //store temperary data
    HMC5883_Init() ;
        delay_ms(20);
    for(i=0; i<6; i++)
    {
        Recive_Data[] = Read_HMC5883(HMC5883_ADDR, i+3) ;  //get data
                delay_ms(20);
    }

    HMC_X = Recive_Data[]<<8 | Recive_Data[];//Combine MSB and LSB of X Data output register
    HMC_Z = Recive_Data[]<<8 | Recive_Data[];//Combine MSB and LSB of Z Data output register
    HMC_Y = Recive_Data[]<<8 | Recive_Data[];//Combine MSB and LSB of Y Data output register

    Angle= atan2((double)HMC_Y,(double)HMC_X) * (180 / 3.14159265) + 180; // angle in degrees
}

/* 再通过角度范围判断，赋值相应的枚举值 */
char *Get_Direction(void)
{
    HMC5883_Get_Angle();

    char *dir[] = {"NE","E","SE","S","SW","W","NW","N"};

    if (Angle >= 22 && Angle <= 67) {
        return dir[];
    } else if (Angle >= 68  && Angle <= 111) {
        return dir[];
    } else if (Angle >= 112 && Angle <= 157) {
        return dir[];
    } else if (Angle >= 158 && Angle <= 201) {
        return dir[];
    } else if (Angle >= 202 && Angle <= 247) {
        return dir[];
    } else if (Angle >= 248 && Angle <= 291) {
        return dir[];
    } else if (Angle >= 292 && Angle <= 337) {
        return dir[];
    } else {
        return dir[];
    }
    return 0;

}

HMC5883L.h代码编写如下：

/*
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 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2023-11-02     LCKFB-yzh    first version
 */

#ifndef __HMC5883L_H__
#define __HMC5883L_H__

#include "gd32f4xx.h"



#define HMC5883L_RCU_SCL        RCU_GPIOB
#define HMC5883L_RCU_SDA        RCU_GPIOB

#define HMC5883L_PORT_SCL        GPIOB
#define HMC5883L_PORT_SDA        GPIOB

#define HMC5883L_PIN_SCL        GPIO_PIN_6
#define HMC5883L_PIN_SDA        GPIO_PIN_7


//设置SDA输出模式
#define SDA_OUT()                gpio_mode_set(HMC5883L_PORT_SDA,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,HMC5883L_PIN_SDA)
//设置SDA输入模式
#define SDA_IN()                gpio_mode_set(HMC5883L_PORT_SDA,GPIO_MODE_INPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,HMC5883L_PIN_SDA)
//获取SDA引脚的电平变化
#define SDA_GET()                gpio_input_bit_get(HMC5883L_PORT_SDA,HMC5883L_PIN_SDA)
//SDA与SCL输出
#define SDA(x)                  gpio_bit_write(HMC5883L_PORT_SDA,HMC5883L_PIN_SDA, (x?SET:RESET))
#define SCL(x)                  gpio_bit_write(HMC5883L_PORT_SCL,HMC5883L_PIN_SCL, (x?SET:RESET))

extern short HMC_X,HMC_Y,HMC_Z; //HMC5883三轴数据输出
extern float Angle;

/* read addr*/
#define HMC5883_ADDR                 0X3C
/*-------------------------------------------------------------
IIC地址：0X3C
配置寄存器A：0X00 （用于配置该装置设置的数据输出速率和测量配置）
配置寄存器B: 0X01 （用于设置装置的增益）
模式寄存器： 0X02 （用来设定装置的操作模式）
---------------------------------------------------------------*/

void HMC5883L_GPIO_Init(void);
uint8_t Write_HMC5883(uint8_t Slave_Address, uint8_t Register_Address, uint8_t Register_Data);
uint8_t Read_HMC5883(uint8_t Slave_Address, uint8_t Register_Address);
void HMC5883_Init();
void HMC5883_Get_Angle(void);
char *Get_Direction(void);


#endif

移植验证

在main.c中编写以下代码。

/*
 * 立创开发板软硬件资料与相关扩展板软硬件资料官网全部开源
 * 开发板官网：www.lckfb.com
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 * 立创论坛：club.szlcsc.com
 * 关注bilibili账号：【立创开发板】，掌握我们的最新动态！
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 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2023-11-02     LCKFB-yzh    first version
 */
#include "board.h"
#include "HMC5883L.h"

int main(void)
{

    board_init();
    usart_gpio_config(115200U);

    HMC5883L_GPIO_Init();

    while (1)
    {
                printf("Angle = %s\r\n",Get_Direction());
                delay_ms(1000);
    }
}

上电现象：

代码下载

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