畢業(yè)設(shè)計(jì)《基于單片的監(jiān)控系統(tǒng)研究》

1、畢 業(yè) 論 文題目 基于單片的監(jiān)控系統(tǒng)研究姓 名 學(xué) 號(hào)系（院）班 級(jí)指導(dǎo)教師 職 稱二O 一二 年 五 月 十三 日I1 引言. 12 汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案. 12.1 功能和技術(shù)指標(biāo). 12.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu). 13 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì). 23.1 記錄儀的供電. 23.2 信號(hào)采集模塊. 33.3 單片機(jī)模塊. 43.4 可編程邏輯器件. 73.5 日歷時(shí)鐘芯片. 93.6 液晶顯示模塊. 133.7 信息的存儲(chǔ). 154 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì). 175 分析與總結(jié). 18參考文獻(xiàn). 19謝 辭. 24II汽車行駛狀態(tài)記錄儀是一種安裝在汽車上實(shí)現(xiàn)類似于飛機(jī)“黑匣子”功能的設(shè)備，它可以全程記

2、錄汽車行駛數(shù)據(jù)，并通過對(duì)所記錄的行駛信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 從而對(duì)車輛的各種狀況予以精確的掌控。本課題主要研究基于單片機(jī)的汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛過程中實(shí)時(shí)信息的采集、處理、傳送和存儲(chǔ)。首先，汽車內(nèi)部霍爾傳感器傳過來的一對(duì)分差信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q變成一個(gè)脈沖信號(hào)提供給單片機(jī)系統(tǒng)，然后單片機(jī)系統(tǒng)將采集到的信息經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算處理之后存儲(chǔ)起來并進(jìn)行處理。另外，當(dāng)汽車超速時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，以提醒司機(jī)減速。本課題設(shè)計(jì)的汽車行駛狀態(tài)記錄儀可有效預(yù)防駕駛員違章駕駛、遏制重大交通事故，具有準(zhǔn)確性、高效性和易用性等。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；記錄儀；數(shù)據(jù)采集；可編程邏輯控制IIIAbstractVehicl

3、e traveling data recorder is a kind of facility that install at the vehicle realizing the function that similar to airplane s “black box ”. It can write down the vehicle traveling data all the way, and analyze the data entered as well, thereby to handle all kinds of circumstances precisely that vehi

4、cle may happen.This topic is mostly researching the system design of the vehicle traveling data recorder, which is based on the micro control unit (MCU, realize the collection, treatment, transmission and storage to the vehicle s real-time information while driving. First, a differential signal pass

5、ing from the internal Hall sensor of the vehicle through proper transform into a pulse signal providing to the MCU system. Then the SCM system will get the collected information proper computing and then store up as well as conducting. In addition, the system will alarm when the vehicle is speeding,

6、 to remind the driver to slow down. The vehicle traveling data recorder designed this topic can effectively prevent the driver from illegal driving, contain major traffic accident, which is accuracy, efficiency and ease-of-use, etc.Key words: MCU; Recorder; Data acquisition; Programmable logicIV*畢 業(yè)

7、 論 文1 引言汽車行駛狀態(tài)記錄儀是能夠記錄和再現(xiàn)汽車行駛狀態(tài)的一種數(shù)字式電子記錄裝置，它可以全程記錄汽車的行駛數(shù)據(jù)，并通過對(duì)所記錄的行駛信息數(shù)據(jù)的分析，對(duì)車輛的行駛狀況予以精確的掌控。汽車行駛狀態(tài)記錄儀可有效預(yù)防駕駛員的違章駕駛，降低車輛的交通事故。早在20世紀(jì)70年代，歐共體就開始全面強(qiáng)制使用機(jī)電模擬式汽車行駛記錄儀并使得交通事故率降低了30%50%。90年代以來，美國(guó)、日本、馬來西亞、新加坡等國(guó)家也紛紛制定汽車行駛記錄儀的法規(guī)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行汽車行駛記錄儀的研制。2003年4月15日，由公安部有關(guān)部門起草、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委審定通過，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢查檢疫總局

8、發(fā)布了汽車行駛記錄儀的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19056-2003，于2003年9月1日起正式實(shí)施。實(shí)施對(duì)象包括所有的在用車和新車，將逐步由點(diǎn)到面，分批分時(shí)的展開 1。2 汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2.1 功能和技術(shù)指標(biāo)汽車行駛狀態(tài)記錄儀包括汽車行駛記錄儀的主機(jī)和計(jì)算機(jī)端的數(shù)據(jù)分析軟件這兩部分組成。本課題中重點(diǎn)設(shè)計(jì)汽車行駛記錄儀的主機(jī)部分。參照汽車行駛狀態(tài)記錄儀的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19056-2003的要求，本課題所設(shè)計(jì)的汽車行駛記錄儀主要實(shí)現(xiàn)如下功能：自檢功能；實(shí)時(shí)時(shí)間、日期及駕駛時(shí)間的采集、記錄、存儲(chǔ)功能；車輛行駛速度的測(cè)量、記錄、存儲(chǔ)功能；車輛行駛里程的測(cè)量、記錄、存儲(chǔ)功能；駕駛員身份記

9、錄功能；鍵盤操作功能；數(shù)據(jù)顯示；數(shù)據(jù)通信功能 2。2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)根據(jù)記錄儀功能要求和工作特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)主要從運(yùn)行可靠性、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量三方面考慮。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。在圖1中，單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過硬件和內(nèi)部軟件的配合控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。供電單元的作用是將汽車內(nèi)部配電模塊提供的電壓轉(zhuǎn)換成記錄儀可以正常工作的電壓，這其中為了避免汽車內(nèi)部電機(jī)的干擾，需要進(jìn)行屏蔽。信號(hào)采集模塊是指將汽車內(nèi)部霍爾傳感器傳過來的一對(duì)差分信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q變成一個(gè)脈沖信號(hào)提供給單片機(jī)系統(tǒng)，這其中需要用光耦模塊進(jìn)行隔離，來避免強(qiáng)脈沖信號(hào)對(duì)電路板的干擾。1 圖1 汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

10、框圖信息存儲(chǔ)是指單片機(jī)系統(tǒng)將采集到的信息經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算處理后存儲(chǔ)到IC 智能卡中，IC 卡中的信息可以長(zhǎng)時(shí)間保存，可以用讀卡設(shè)備讀出其中的信息，然后進(jìn)行分析。鍵盤輸入和液晶顯示是常用的單片機(jī)輸入/輸出模塊，用戶可以輸入特定的信息，也可以看到實(shí)時(shí)的速度、里程及時(shí)間等信息，可以做出實(shí)時(shí)判斷。設(shè)計(jì)這樣的單片機(jī)系統(tǒng)還要用到可編程邏輯器件，它可以靈活方便地產(chǎn)生譯碼、控制等信息。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)之后，下面開始進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。3.1 記錄儀的供電記錄儀需要的是+5V供電，而汽車內(nèi)部產(chǎn)生的供電是+12V，所以系統(tǒng)需要供電模塊來實(shí)現(xiàn)+12V+5V的電源變換，其工作原理如圖2（1）所

11、示。2電壓為330V范圍之內(nèi)，內(nèi)部有1. 6A 的峰值電流切換電路，它的工作頻率在100Hz100KHz，器件內(nèi)部具有比較器、溫度補(bǔ)償電路，以及周期振蕩器，它是帶有有效電流限制電路的受控周期振蕩器。MC34063主要應(yīng)用于DC-DC 轉(zhuǎn)換模塊，它內(nèi)部的工作原理如圖3所示。圖中第五腳是反饋腳，通過電壓的反饋控制以確保輸出穩(wěn)定的+5V電壓 3。3.2 信號(hào)采集模塊對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，獲取行駛狀態(tài)信息是所有的工作前提，系統(tǒng)的首要任務(wù)是采集汽車的行駛狀態(tài)信息，包括速度、里程等。汽車內(nèi)部有自己的傳感器，也就是有現(xiàn)成的信號(hào)提供給記錄儀。汽車輪子每轉(zhuǎn)一周，會(huì)通過車子內(nèi)部的霍爾傳感器送出一對(duì)差分信號(hào)，此差分信號(hào)

12、經(jīng)過信號(hào)采集模塊獲得一個(gè)對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，以及已知的輪子直徑信息計(jì)算，得到車子的運(yùn)行速度，然后根據(jù)速度和計(jì)時(shí)信息就可算出里程 4。圖4 信號(hào)采集模塊原理圖信號(hào)采集模塊的電路原理圖如圖4所示。圖中U8 是東芝公司的單光耦芯片TLP521-2，實(shí)際上它的內(nèi)部就是兩組光敏三極管，如圖5所示。光敏三極管是利用硅PN 結(jié)的光電效應(yīng)制成的，使用過程中，其基極通常開路，基極-集電極產(chǎn)生的光感生電流直接反饋入基極，并被光敏三極管自己所放大，因3圖5 單光耦芯片TLP521內(nèi)部工作框圖 此光敏三極管的靈敏度比光敏二極管通常要大100多倍。光敏三極管的最大工作頻率只有幾百KHz 5。記錄儀上的+

13、5V工作系統(tǒng)是弱點(diǎn)電路，因此汽車內(nèi)部提供的脈沖信號(hào)在送入記錄儀之前必須經(jīng)過光耦隔離的處理。光耦模塊主要就是通過電-光-電的變換將電信號(hào)隔離開來的，它可以避免一側(cè)對(duì)另一側(cè)產(chǎn)生的干擾。圖4中HP 和FP 是汽車輪子轉(zhuǎn)一周內(nèi)部提供的分差信號(hào)，它在通過信號(hào)采集模塊后產(chǎn)生SIG 信號(hào)，以達(dá)到狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)可以使用的信號(hào)； PB 為屏蔽線，由它構(gòu)成了屏蔽網(wǎng)絡(luò)，有效地屏蔽了汽車電動(dòng)機(jī)等對(duì)硬件電路的干擾。通過屏蔽和光耦隔離，得到波形干凈的SIG 信號(hào)，則完成信號(hào)采集功能。采集到的SIG 信號(hào)需要送到可編程邏輯器件中進(jìn)一步處理，再由單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)處理后的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，可以得到速度、里程等狀態(tài)信息 6。3.3

14、 單片機(jī)模塊對(duì)于整個(gè)汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)而言，單片機(jī)模塊起到控制和樞紐作用，是其中最重要的部分，其工作原理如圖6所示。圖中U4為12M 晶振，它為單片機(jī)提供穩(wěn)定的12MHz 工作時(shí)鐘。 4圖6 單片機(jī)模塊原理圖圖6中U1為AT89S8252，是Atmel 公司的帶有8KB Flash的8位微控制器單片機(jī)芯片，它完全與MCS-51系列單片機(jī)兼容（從指令集到引腳）。和51單片機(jī)相比AT89S8252還具有一些增強(qiáng)型的功能，例如它的某些P1口可以配置成特殊的功能來使用。在本課題中將P14、P15、P16和P17配置成SPI （Serial Programming Interface ）接口，因?yàn)橛?/p>

15、錄儀最終需要將記錄的車輛行駛狀態(tài)信息存入IC 卡，而IC 卡是通過SPI 口存儲(chǔ)的，這也是選用單片機(jī)芯片AT89S8252的重要原因之一。SPI 接口可以配置成主模式或從模式，配置方法可參照表3-1。表3-1 P1口配置成SPI 接口 由表3-1可知，主從模式的選取是通過P14腳輸入信號(hào)的高低來決定的，低電平為從模式，高電平為主模式。在此選用主模式，P1口的57腳作為SPI 接口使用，和后文將介紹的IC 卡芯片相連 7。 AT89S8252的P1口剩下的4個(gè)引腳用于鍵盤的設(shè)計(jì)，原理如圖7所示。記錄儀的鍵盤設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只用了4個(gè)按鍵，S2表示“+”鍵，用于輸入數(shù)字；S3表示“->” 鍵，

16、用于移位操作；S4 表示“CLR ”鍵，用于清除操作；S5表示“ENT ”鍵，用于確認(rèn)操作 8 。單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)HRST 由單片機(jī)監(jiān)控 動(dòng)復(fù)位腳，低電平有效，當(dāng)1腳電壓低于0.8V 時(shí)，芯片的8腳ENT圖7 單片機(jī)模塊鍵盤部分原理圖電路產(chǎn)生，如圖8所示。監(jiān)控芯片采用美信公司的MAX707，其1腳MR 為手S14U65 HRESET （高電平有效）和7腳LRESET （低電平有效）產(chǎn)生復(fù)位指示信號(hào)。MAX707的PFI 和PFO 腳是用于檢測(cè)上電失?。≒ower-Fail ）的，在此將PFI 接VCC ，不作使用。MAX707是一款較為簡(jiǎn)單的單片機(jī)監(jiān)控芯片，不具有看門狗的功能。選用它是因?yàn)锳T

17、89S8252內(nèi)部帶有看門狗的設(shè)計(jì)，其內(nèi)部寄存器WMCON 專門用于看門狗和內(nèi)存的控制，該寄存器的高3位PS2、PS1和PS0用于設(shè)置看門狗定時(shí)器周期；位0是看門狗使能位；位1用于看門狗定時(shí)器的復(fù)位。通過AT89S8252內(nèi)部的看門狗可以防止程序跑飛或進(jìn)入死鎖狀態(tài) 9。單片機(jī)的外部中斷0由外部按鍵“FUN ”產(chǎn)生，“FUN ”是系統(tǒng)的功能鍵，在汽車到站停車的時(shí)候按下此鍵，然后主屏?xí)@示提示信息，這時(shí)可以輸入到站站號(hào)。單片機(jī)的定時(shí)中斷0由日歷時(shí)鐘芯片DS12877產(chǎn)生，DS12877的23腳是頻率可控的方波信號(hào)輸出腳，方波信號(hào)如同時(shí)鐘信號(hào)，它直接和單片機(jī)的INT0腳（外部中斷0）相連，這樣可在單

18、片機(jī)程序中定時(shí)產(chǎn)生中斷，并且定時(shí)時(shí)間可自行設(shè)定。同時(shí)此“CLK ”信號(hào)還提供給可編程邏輯器件作為它內(nèi)部模塊需要的時(shí)鐘信號(hào)。 AT89S8252的P0口用做地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線AD0AD7，和30腳的ALE 輸出配合使用，這和普通51單片機(jī)的使用方法相同，在此不作詳細(xì)說明。 AT89S8252的P2口用做其他功能。P20腳CSB 和P21腳CSA 和液晶顯示模塊接口相連，由單片機(jī)控制產(chǎn)生液晶顯示模塊內(nèi)部的芯片選擇信號(hào)；P23腳OE 是單片機(jī)輸出給可編程邏輯器件的，此信號(hào)作為可編程器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的一個(gè)HEADER 10計(jì)數(shù)模塊的輸出使能腳；P24腳“SPEED ”設(shè)置為超速信號(hào)輸出腳，單片機(jī)程序根據(jù)采集

19、的脈沖信號(hào)計(jì)算出實(shí)時(shí)的速度并與設(shè)定的速度門限比較，超出就置高，然后超速報(bào)警紅燈亮；P25腳R/W和P26腳D/I也是提供給液晶顯示模塊使用的，前者為讀/寫控制，后者為液晶顯示模塊內(nèi)部移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入/輸出控制信號(hào)；P27腳和可編程邏輯器件相連，它主要用于地址譯碼 10。3.4 可編程邏輯器件圖9 可編程邏輯器件工作原理圖本系統(tǒng)中可編程邏輯器件主要完成的功能包括：脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)、定時(shí)器和產(chǎn)生芯片選擇信號(hào)。實(shí)現(xiàn)的功能較為簡(jiǎn)單，使用端口不多，故選用Altera 公司的EPM7032S44?？删幊踢壿嬈骷娐返墓ぷ髟砣鐖D9所示?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計(jì)的常用方法有圖形輸入法和文本輸入法，這里采用了圖形

20、輸入和文本輸入結(jié)合的方式，開發(fā)工具選用Altera 公司的開發(fā)軟件Maxplus ，設(shè)計(jì)的GDF 文件如圖10所示11。圖10 可編程邏輯器件頂層圖形輸入設(shè)計(jì)由圖10可知，液晶顯示模塊和日歷時(shí)鐘芯片的片選信號(hào)由讀、寫信號(hào)及最高位地址線A15經(jīng)過簡(jiǎn)單的邏輯電路搭建而成，這實(shí)際上就是一個(gè)地址譯碼電路。圖中另外一部分電路由兩個(gè)子模塊timer 和sigcounter 構(gòu)成，它們的作用是對(duì)信號(hào)采集模塊采集到的信號(hào)SIG 進(jìn)行計(jì)數(shù)，結(jié)果通過系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線送給單片機(jī)處理。Timer 模塊用VHDL 語言實(shí)現(xiàn)，代碼如下： SUBDESIGN timer （clk : INPUT; suocun :

21、 OUTPUT;） V ARIABLE f3.0 : DFF; suocun : DFF; BEGIN f.clk=clk; suocun.clk=clk; f.d=(!suocun&(f+1;suocun.d=f3 & !f2 & !f1 & !f0; END;Timer 模塊的輸入信號(hào)為日歷時(shí)鐘芯片產(chǎn)生的方波信號(hào)，輸出為計(jì)數(shù)模塊sigcounter 需要的鎖存信號(hào)“suocun ”。計(jì)數(shù)模塊sigcounter 也采用VHDL 編程實(shí)現(xiàn)，代碼如下： SUBDESIGN sigcounter (sig, lrst, suocun, oe : INPUT;ad7

22、.0 : OUTPUT; V ARIABLE cnt07.0 : DFF; cnt17.0 : DFF; reg4.0 : DFF;tnode7.0 : TRI_STATE_NODE; BEGINreg0.clk=suocun; reg0.d=!reg0; reg1.clk=!oe; reg1.d=!reg0; reg2.clk=!suocun; reg2.d=reg0; reg3.clk=!oe; reg3.d=reg0; reg4.clk=!suocun; reg4.d=!reg0;cnt0.clk=sig & reg0; /計(jì)數(shù) cnt1.clk=sig & !reg0;

23、cnt0.clrn=lrst &(reg3.q # reg4.q; cnt1.clrn=lrst &(reg1.q # reg2.q; cnt0.d=cnt0+1; cnt1.d=cnt1+1;tnode7=TRI(cnt07.q, oe & !reg0; /三態(tài)門 tnode7=TRI(cnt17.q, oe & reg0; tnode6=TRI(cnt06.q, oe & !reg0; tnode6=TRI(cnt16.q, oe & reg0; tnode5=TRI(cnt05.q, oe & !reg0; tnode5=TRI(c

24、nt15.q, oe & reg0; tnode4=TRI(cnt04.q, oe & !reg0; tnode4=TRI(cnt14.q, oe & reg0; tnode3=TRI(cnt03.q, oe & !reg0; tnode3=TRI(cnt13.q, oe & reg0; tnode2=TRI(cnt02.q, oe & !reg0; tnode2=TRI(cnt12.q, oe & reg0; tnode1=TRI(cnt01.q, oe & !reg0; tnode1=TRI(cnt11.q, oe &

25、 reg0; tnode0=TRI(cnt00.q, oe & !reg0; tnode0=TRI(cnt10.q, oe & reg0;ad=tnode; /輸出 END;3.5 日歷時(shí)鐘芯片汽車行駛狀態(tài)記錄儀需要對(duì)狀態(tài)發(fā)生時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息做相應(yīng)的記錄，以便以后的分析使用，所以需要獲取詳細(xì)的時(shí)間信息。文中選用達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的芯片DS12887。DS12887是一款實(shí)時(shí)時(shí)U5鐘芯片，內(nèi)部有鋰供電的石英晶振，它可以在無外部供電的情況下將數(shù)據(jù)保存10年以上。它內(nèi)部通過計(jì)數(shù)可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間的記錄，時(shí)間信息可以詳細(xì)到時(shí)、分、秒、年、月、日，以及星期；時(shí)間顯示模式可以選擇帶有“AM ”和

26、“PM ”指示的12小時(shí)模式及正常的24小時(shí)模式；芯片可以提供鬧鐘的設(shè)置，在芯片內(nèi)部有15個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘和控制寄存器，以及113個(gè)字節(jié)的通用RAM 空間，另外還提供有關(guān)于世紀(jì)信息的寄存器。DS12887采用的是8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用的總線方法，復(fù)用的實(shí)現(xiàn)方法和51單片機(jī)一樣，都是通過鎖存信號(hào)AS 實(shí)現(xiàn)地址的鎖存，然后通過讀、寫的時(shí)鐘配合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出。時(shí)間和日期等信息存放在芯片內(nèi)部的固定寄存器中，通過正確的尋址就可以獲取需要的時(shí)間信息。日歷時(shí)鐘芯片DS12887的工作原理如圖11所示。圖11中AD0AD7即為8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，它們和單片機(jī)AT89S8252的P0口直接相連，AS 為鎖存輸

27、入腳，它和AT89S8252的鎖存輸出腳ALE 直接相連，這樣即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址線的時(shí)分復(fù)用。DS12887有兩種工作時(shí)序，即Motorola 和Intel 時(shí)序，由MOT 引腳的電平指定。當(dāng)MOT 接高電平時(shí)，芯片工作在Motorola 總線定時(shí)方式；接GND 或者懸空則選擇的是Intel 總線定時(shí)方式。圖中選擇后者，也就是MOT 引腳接GND 。在Intel 總線定時(shí)方式下，芯片的17腳DS 起的是讀使能的作用，15腳R/W起的是寫使能（低電平有效）的作用。CS 是DS12887的片選腳，低電平有效，它由可編程邏輯器件產(chǎn)生，在對(duì)DS12887內(nèi)部空間（如寄存器）操作的時(shí)候，可編程邏輯器件會(huì)

28、通過所操作的地址產(chǎn)生低電平有效的CS 信號(hào)輸出給芯片DS12887 12。圖12 日歷時(shí)鐘芯片DS12887內(nèi)部工作原理框圖芯片的23腳是方波輸出腳SQW ，它可以對(duì)芯片內(nèi)部晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘分頻得到方波輸出，方波的輸出頻率可通過設(shè)置內(nèi)部的特定寄存器來改變，方波信號(hào)也可作為時(shí)鐘來使用。芯片DS12887的內(nèi)部工作原理如圖12所示。由圖12可知，DS12887內(nèi)部可看成由電源、時(shí)間信息、寄存器和存儲(chǔ)器，以及總線接口4部分構(gòu)成，4部分配合工作，共同實(shí)現(xiàn)了芯片的功能。圖11中DS12887的方波輸出腳SQW 用來產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。由圖12可知，SQW 信號(hào)是由芯片內(nèi)部晶振通過多個(gè)分頻電路分頻產(chǎn)生的，SQWE

29、 是方波信號(hào)的輸出使能控制位；寄存器A 的低四位RS0RS3是方波信號(hào)的輸出頻率選擇位。它們對(duì)SQW 的操作方法可參見表3-2。比如要產(chǎn)生頻率1MHz 的時(shí)鐘信號(hào)，寄存器的設(shè)置為：SQWE=0；RS3=0；RS2=1；RS1=1；RS0=0表3-2 SQW輸出頻率選擇表 DS12887的內(nèi)存空間為128個(gè)字節(jié)，且這128個(gè)字節(jié)都是掉電非易失性的，其空間映射圖如圖13所示。由圖可知DS12887的11個(gè)字節(jié)專門用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)時(shí)間信息，字節(jié)0為秒，字節(jié)2為分，字節(jié)4為時(shí)，字節(jié)6為星期，字節(jié)7為日，字節(jié)8為月，字節(jié)9為年，字節(jié)50為世紀(jì)； 4個(gè)字節(jié)0AH0DH分別為寄存器A 、B 、C 、D ，專門用

30、于控制和存放狀態(tài)信息，剩下的113個(gè)字節(jié)為用戶可以使用的普遍RAM 空間。直接對(duì)合適的字節(jié)地址操作，就可以設(shè)定或獲取所需要的時(shí)間。二進(jìn)制或BC D 輸入圖13 日歷時(shí)鐘芯片DS12887工作原理圖DS12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片可以產(chǎn)生詳細(xì)的時(shí)間和日期信息，可以記錄汽車行駛過程中各種狀態(tài)發(fā)生時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息，它完全滿足系統(tǒng)的功能要求。3.6 液晶顯示模塊對(duì)于現(xiàn)在流行的嵌入式電子產(chǎn)品，如便攜式儀表、智能電器，消費(fèi)類電子產(chǎn)品等，顯示輸出模塊是必不可少的，而在諸多的顯示方式中，液晶顯示已經(jīng)成為首選。對(duì)于汽車行駛狀態(tài)記錄儀來說，需要液晶顯示界面來讓用戶及時(shí)了解汽車行駛過程中的重要狀態(tài)信息。本文中液晶顯示模塊

31、LCD （Liquid Crystal Display）選用圖形液晶顯示模塊GXM12864，它是一種采用低功耗CMOS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)陣圖形LCD 模塊，內(nèi)含KS0108B/HD61202控制器，有8位微處理器接口，通過內(nèi)部的128×64位映射DDRAM （Display Data RAM）實(shí)現(xiàn)128點(diǎn)×64點(diǎn)大小的平板顯示。該液晶顯示模塊使用KS0108B 作為列驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)使用KS0107B 作為行驅(qū)動(dòng)器。KS0107B 不與MPU 發(fā)生聯(lián)系，只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動(dòng)信號(hào)和各種同步信號(hào)，比較簡(jiǎn)單。GXM12864的內(nèi)部邏輯電路如圖14所示 13。 E圖14 液晶顯示模

32、塊GXM12864內(nèi)部邏輯電路圖CSA 在GXM12864中，兩片KS0108B 的ADC 均接高電平，RST 也接高電平。跟KS0108B （1）的CS1相連，CSB 跟KS0108B （2）的CS1相連，因此CSA 、CSB =01選通KS0108B （1）S A ，C 禁止選通，總線處于高阻態(tài)。、CSB =10選通KS0108B （2），為其他值時(shí)GXM12864的引腳定義如表3-3所示。表3-3 GXM12864引腳定義 GXM12864共有20個(gè)引腳，其中DB0DB7是8位雙向數(shù)據(jù)總線，它的方向由讀寫控制腳R/W來決定，高電平為讀，此時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在總線上，可以由CPU 讀走；低電平為寫

33、，可以寫入8位數(shù)據(jù)。E 為使能信號(hào)腳，在E 的下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存寫入KS0108B ，在E 高電平期間數(shù)據(jù)被讀出。D/I是數(shù)據(jù)指令選擇腳，為高電平表示數(shù)據(jù)操作，低電平表示寫指令或讀狀態(tài) 14。GXM12864模塊的工作原理如圖15所示。圖中電位器R10的作用是調(diào)節(jié)提供給驅(qū)動(dòng)器的供壓，從而調(diào)節(jié)液晶顯示的對(duì)比度。RST 是復(fù)位腳，接高電平VCC 。數(shù)據(jù)線DB0DB7和單片機(jī)的P0口相連，控制線D/I、R/W和片選線CSA 、CSB 分別與單片機(jī)P2口的6、5、1、0腳相連。列驅(qū)動(dòng)芯片KS0108B 與KS0107B 配合對(duì)液晶屏進(jìn)行列驅(qū)動(dòng)，8位圖15 液晶顯示模塊GXM12864可直接與工作原理圖

34、 微處理器相連。KS0108B 驅(qū)動(dòng)器具有如下特點(diǎn)：· 內(nèi)部有64*64=4096位顯示RAM ，RAM 中每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)LCD 屏上一個(gè)點(diǎn)的亮暗狀態(tài)。· KS0108B 列驅(qū)動(dòng)器，具有64路列驅(qū)動(dòng)輸出。 · KS0108B 的占空比為1/321/64。· KS0108B 內(nèi)部有輸入/輸出寄存器，它們相當(dāng)于是微處理器和內(nèi)部的顯示RAM 之間的緩沖器。3.7 信息的存儲(chǔ)汽車行駛狀態(tài)記錄儀最終的任務(wù)是要將記錄下的信息存儲(chǔ)到智能IC 卡中，以便以后對(duì)信息進(jìn)行分析。IC 卡采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的智能卡，文中選用ATMEL 公司的AT45D041A 。AT45D041A

35、 是4M 位的串行數(shù)據(jù)Flash ，采用+5V供電，它支持在系統(tǒng)的頁編程，刪除操作可選擇頁或塊刪除，支持SPI 接口的讀寫操作，主要用于數(shù)字語言、圖像和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。AT45D041A 具有4M 位的內(nèi)存空間，此空間由2048頁構(gòu)成，每頁264B ，除此以外，它還有兩個(gè)SRAM 數(shù)據(jù)緩沖，每個(gè)緩沖區(qū)的大小也是264B ，緩沖區(qū)的作用使得主內(nèi)存重新編程的時(shí)候允許接受新的數(shù)據(jù)。AT45D041A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖16所示 15。 SO圖16 IC卡芯片AT45D041A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖與普通Flash 并行的數(shù)據(jù)接入不同，AT45D041A 使用SPI 接口串行接入數(shù)據(jù)，采用簡(jiǎn)單的串行數(shù)據(jù)接口可以增加系

36、統(tǒng)可靠性，減小器件的封裝，減少引腳數(shù)目。IC 卡芯片AT45D041A 在本文中應(yīng)用的工作原理如圖17所示。SPI 接口SCK 、SI 和SO 與單片機(jī)AT89S8252的SPI 接口相連，AT89S8252的SPI 接口工作在從模式，所以P1.5和SI 相連，P1.6和SO 相連。單片機(jī)的主從模式選擇腳P1.4和IC 卡芯片AT45D041A 的CS 腳相連，AT45D041A圖17 IC卡芯片AT45D041A 工作原理圖 低電平的時(shí)候單片機(jī)工作在從模式，同時(shí)AT45D041A 片選有效。AT45D041A 的內(nèi)存空間為4M ，共分成三個(gè)等級(jí)：扇區(qū)、塊和頁面。以頁* 畢 業(yè) 論 文 為單元

37、，內(nèi)存中共有 2046 頁，每頁 264B；以塊為單元，內(nèi)存中共有 256 塊，每 塊 2112B，8 頁構(gòu)成一塊；以扇區(qū)為單元，內(nèi)存中共有 6 個(gè)扇區(qū)，扇區(qū) 0 由 8 頁 構(gòu)成，相當(dāng)于第 0 塊，扇區(qū) 1 由 248 頁構(gòu)成，對(duì)應(yīng)第 1 到第 31 塊，扇區(qū) 2 由 256 頁構(gòu)成，對(duì)應(yīng)第 32 到第 63 塊，扇區(qū) 3、4、5 均為 512 頁，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng) 64 塊 的空間。所有對(duì)數(shù)據(jù) Flash 的編程操作都以頁為基本單元，而擦除操作可以選擇 頁操作或者塊操作。 對(duì) IC 卡的讀寫操作由主控制器發(fā)送指令來實(shí)現(xiàn)，由于是串行的接口，一條 有效的指令是從 CS 的下降沿開始的 8 位指令代

38、碼加上后面的目的 BUFFER 或者 主內(nèi)存的地址。具體實(shí)現(xiàn)如下：當(dāng) CS 為低電平時(shí)，啟動(dòng) SCK 時(shí)鐘控制 SI 輸入 腳裝載指令代碼和操作對(duì)象地址，完成一條指令的輸入。操作對(duì)象的尋址主要包 括 BUFFER 尋址和主內(nèi)存尋址， BUFFER 尋址是通過 BFA8BFA0 9 位地址位來 定位 BUFFER 內(nèi)具體字節(jié)的地址，而主內(nèi)存尋址通過 PA10PA0 和 BA8BA0 共 9 位地址位確定頁內(nèi)具體字節(jié)的位置 16 。 上文中提到了 AT45D041A 內(nèi)部有主內(nèi)存空間， 以及兩個(gè) 264B 的 BUFFER， 對(duì) AT45D041A 的操作實(shí)際上就是對(duì)內(nèi)部?jī)?nèi)存空間的操作。 由于 B

39、UFFER 的存在， 在讀寫時(shí)可以直接對(duì)主內(nèi)存空間操作，也可以以 BUFFER 作為緩沖來進(jìn)行操作。 上面介紹的是 IC 卡芯片的功能及引腳說明，在實(shí)際制作 PCB 版圖時(shí)，IC 卡部分只是一個(gè)插座，IC 卡插入插座，卡上的智能芯片引腳就和插座的對(duì)應(yīng)引 腳連通，這樣微處理器就可以通過連接插座來操作 IC 卡芯片了。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本課題由于系統(tǒng)的功能需求直接明了， 所以軟件流程也相應(yīng)清晰， 易于設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的軟件流程如圖 18 所示。 從圖 18 中可以看出，軟件的流程是和汽車行駛狀態(tài)記錄儀工作時(shí)的工序相 對(duì)應(yīng)的。在啟動(dòng)后，液晶顯示屏?xí)崾据斎胝咎?hào)、車號(hào)等信息，用戶可以通過鍵 盤輸入，汽車

40、開動(dòng)以后，顯示屏?xí)@示汽車實(shí)時(shí)的速度和所行使的里程信息，在 到站以后，用戶按下功能鍵“FUN”則可以輸入到站的站號(hào)，之后記錄下的行駛 狀態(tài)信息被存入到 IC 卡中。在行使過程中還要判斷汽車是否超速，超速要給出 報(bào)警等指示?？删幊踢壿嬈骷?duì)車輪轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，單片機(jī)利用定 時(shí)中斷定期對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，從而得到速度等信息，程序中不斷將速度值 和門限值做比較，如果超過就打開超速報(bào)警紅燈。 除了定時(shí)中斷以外，本系統(tǒng)還使用了一個(gè)外部中斷 INT0，汽車到站時(shí)，用 戶按下“FUN”鍵就會(huì)觸發(fā)此中斷。程序檢測(cè)到此中斷后會(huì)執(zhí)行到站后的相應(yīng)操 17 * 畢 業(yè) 論 文 開始 作。 主程序在檢測(cè)到車

41、子開動(dòng) 以后進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán)， 循環(huán)和 中斷的配合實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的整個(gè) 功能 17 初始化 。 汽車啟動(dòng)后主屏顯示 提示信息 5 分析與總結(jié) 本文介紹了汽車行駛狀態(tài) 記錄儀的整個(gè)設(shè)計(jì)過程， 包括硬 件部分和內(nèi)部軟件設(shè)計(jì)流程， 該 No 輸入初始相關(guān)信息 并 存 入 IC 卡 記錄儀能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并記錄汽 車行駛的各種狀態(tài)，包括速度、 里程等重要數(shù)據(jù)， 通過硬件和軟 汽車第一次開動(dòng)？ Y es W h ile(1 件系統(tǒng)的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車實(shí)時(shí) 信息的采集、 處理、 傳送和存儲(chǔ) 的功能。 本設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循汽車電 子產(chǎn)品的要求， 充分考慮了車內(nèi) 環(huán)境(如電磁干擾、振動(dòng)、溫度、 濕度等，在電路原理設(shè)計(jì)、電 子元器件選擇、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 接插 件選擇等各個(gè)步驟上均嚴(yán)格按 照相應(yīng)的電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) 18 定時(shí)顯示車速 等信息 超速？ Y es No 超速報(bào)警 No 。 到站？ 本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多種信息處 理，對(duì)車速等參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān) 控，并通過 LCD 顯示為駕 駛員提供直接的工況和發(fā)出各 種超限的記錄， 可有效防范和化 解車輛事故的發(fā)生。 總的來說具 有如下特點(diǎn)： 圖 18 軟件流程圖 1，通用性強(qiáng)：該記錄儀可安裝使用在各種 12V