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

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　題目 基于單片的監(jiān)控系統(tǒng)研究 </p><p>　　姓 名 學(xué) 號 </p><p>　　系（院） 班 級</p><p>　　指導(dǎo)教師 職 稱 </p><p>　　

2、二O一二 年 五 月 十三 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案1</p><p>　　2.1 功能和技術(shù)指標(biāo)1</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體

3、結(jié)構(gòu)1</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2</p><p>　　3.1 記錄儀的供電2</p><p>　　3.2 信號采集模塊3</p><p>　　3.3 單片機(jī)模塊4</p><p>　　3.4 可編程邏輯器件7</p><p>　　3.5 日歷時鐘芯片9</p&g

4、t;<p>　　3.6 液晶顯示模塊13</p><p>　　3.7 信息的存儲15</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)17</p><p>　　5 分析與總結(jié)18</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　謝 辭24<

5、;/b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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，它可以全程記錄汽車行駛數(shù)據(jù)，并通過對所記錄的行駛信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而對車輛的各種狀況予以精確的掌控。</p><p>　　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)對汽車行駛過

6、程中實(shí)時信息的采集、處理、傳送和存儲。首先，汽車內(nèi)部霍爾傳感器傳過來的一對分差信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q變成一個脈沖信號提供給單片機(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)算處理之后存儲起來并進(jìn)行處理。另外，當(dāng)汽車超速時，系統(tǒng)會發(fā)出警報，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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；記錄儀；數(shù)據(jù)采集；可編

7、程邏輯控制 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Vehicle traveling data recorder is a kind of facility that install at the vehicle realizing the function that similar to airplane’s “black bo

8、x”. 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 vehicle may happen.</p><p>　　This topic is most

9、ly 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

10、while driving. First, a differential signal passing 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 inform

11、ation proper computing and then store up a</p><p>　　Key words: MCU; Recorder; Data acquisition; Programmable logic</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　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

12、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)，并通過對所記錄的行駛信息數(shù)據(jù)的分析，對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、日本、馬來西亞、新加坡等國家也紛紛制定汽車行駛記錄儀的法規(guī)。我國從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

13、月15日，由公安部有關(guān)部門起草、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會、國家經(jīng)貿(mào)委審定通過，國家質(zhì)量監(jiān)督檢查檢疫總局發(fā)布了汽車行駛記錄儀的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19056-2003)，于2003年9月1日起正式實(shí)施。實(shí)施對象包括所有的在用車和新車，將逐步由點(diǎn)到面，分批分時的展開 [1]。</p><p>　　2 汽車行駛狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 功能和技術(shù)指標(biāo)</p>

14、<p>　　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。 </p><p>　　參照汽車行駛狀態(tài)記錄儀的國家標(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)時時間、日期及駕駛時間的采集、記錄、存儲功能；車輛行駛速度的測量、記錄、存儲功能；車輛行駛里程的測量、記錄、存儲功能；

15、駕駛員身份記錄功能；鍵盤操作功能；數(shù)據(jù)顯示；數(shù)據(jù)通信功能 [2]。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)記錄儀功能要求和工作特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時主要從運(yùn)行可靠性、記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)存儲容量三方面考慮。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。</p><p>　　在圖1中，單片機(jī)系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，通過硬件和內(nèi)部軟件的配合控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行。</p

16、><p>　　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。</p><p>　　信號采集模塊是指將汽車內(nèi)部霍爾傳感器傳過來的一對差分信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q變成一個脈沖信號提供給單片機(jī)系統(tǒng)，這其中需要用光耦模塊進(jìn)行隔離，來避免強(qiáng)脈沖信號對電路板的干擾。</p><p>　　圖1 汽車行駛狀態(tài)記錄儀

17、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　信息存儲是指單片機(jī)系統(tǒng)將采集到的信息經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算處理后存儲到IC智能卡中，IC卡中的信息可以長時間保存，可以用讀卡設(shè)備讀出其中的信息，然后進(jìn)行分析。</p><p>　　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)時的速度、里程及時間等信息，可以做出實(shí)時判斷。</p><p>　　設(shè)計(jì)這樣的

18、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。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)之后，下面開始進(jìn)行整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1 記錄儀的供電</p><p>　　記錄儀需要的是+5V供電，而汽車內(nèi)部產(chǎn)生的供電是+

19、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）所示。</p><p>　　電壓為3~30V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100Hz~100KHz，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

20、確保輸出穩(wěn)定的+5V電壓 [3]。</p><p>　　3.2 信號采集模塊</p><p>　　對于整個系統(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)成的信號提供給記錄儀。汽車輪子每轉(zhuǎn)一周，會通過車子內(nèi)部的霍爾傳感器送出一對差分信號，此差分信號經(jīng)過信號采集模塊獲得一個對應(yīng)的脈沖信號，通過對脈沖信號計(jì)

21、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)時信息就可算出里程 [4]。 </p><p>　　圖4 信號采集模塊原理圖</p><p>　　信號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。</p><p>　　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

22、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]。</p><p>　　記錄儀上的+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-電的變換將電信號隔離開來的，它可以避免一側(cè)對另一側(cè)產(chǎn)生的干擾。</

23、p><p>　　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，它在通過信號采集模塊后產(chǎn)生SIG信號，以達(dá)到狀態(tài)記錄儀系統(tǒng)可以使用的信號； 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機(jī)等對硬件電路的干擾。</p><p>　　通過屏蔽和光耦隔離，得到波形干凈的SIG信號，則完成信號采集功能。采集到的SIG信號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)對處理后的結(jié)果進(jìn)行相

24、應(yīng)的運(yùn)算，可以得到速度、里程等狀態(tài)信息 [6]。</p><p><b>　　3.3 單片機(jī)模塊</b></p><p>　　對于整個汽車行駛狀態(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工作時鐘。</p><p>　　圖6 單片機(jī)模塊原理圖<

25、;/p><p>　　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）。</p><p>　　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 In

26、terface）接口，因?yàn)橛涗泝x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口存儲的，這也是選用單片機(jī)芯片AT89S8252的重要原因之一。</p><p>　　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。</p><p>　　表3-1 P1口配置成SPI接口</p><p>　　由表3-1可知，主從模式的選取是通過P14腳輸入

27、信號的高低來決定的，低電平為從模式，高電平為主模式。在此選用主模式，P1口的5~7腳作為SPI接口使用，和后文將介紹的IC卡芯片相連 [7]。</p><p>　　AT89S8252的P1口剩下的4個引腳用于鍵盤的設(shè)計(jì)，原理如圖7所示。記錄儀的鍵盤設(shè)計(jì)比較簡單，只用了4個按鍵，S2表示“+”鍵，用于輸入數(shù)字；S3表示“->”鍵，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)

28、操作 [8] 。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位信號HRST由單片機(jī)監(jiān)控</p><p>　　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為手動復(fù)位腳，低電平有效，當(dāng)1腳電壓低于0.8V時，芯片的8腳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。MAX707的PFI和PFO腳是用于檢測上電失?。≒ower-Fail）的，在此將PFI接

29、VCC，不作使用。</p><p>　　MAX707是一款較為簡單的單片機(jī)監(jiān)控芯片，不具有看門狗的功能。選用它是因?yàn)锳T89S8252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)置看門狗定時器周期；位0是看門狗使能位；位1用于看門狗定時器的復(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]。

30、 </p><p>　　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候按下此鍵，然后主屏?xí)@示提示信息，這時可以輸入到站站號。</p><p>　　單片機(jī)的定時中斷0由日歷時鐘芯片DS12877產(chǎn)生，DS12877的23腳是頻率可控的方波信號輸出腳，方波信號如同時鐘信號，它直接和單片機(jī)的INT0腳（外部中斷0）相連，這樣可在單片機(jī)程序中定時產(chǎn)生中

31、斷，并且定時時間可自行設(shè)定。同時此“CLK”信號還提供給可編程邏輯器件作為它內(nèi)部模塊需要的時鐘信號。</p><p>　　AT89S8252的P0口用做地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線AD0~AD7，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。</p><p>　　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

32、制產(chǎn)生液晶顯示模塊內(nèi)部的芯片選擇信號；P23腳OE是單片機(jī)輸出給可編程邏輯器件的，此信號作為可編程器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的一個計(jì)數(shù)模塊的輸出使能腳；P24腳“SPEED”設(shè)置為超速信號輸出腳，單片機(jī)程序根據(jù)采集的脈沖信號計(jì)算出實(shí)時的速度并與設(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；P27腳和可編程邏輯器

33、件相連，它主要用于地址譯碼 [10]。</p><p>　　3.4 可編程邏輯器件</p><p>　　圖9 可編程邏輯器件工作原理圖</p><p>　　本系統(tǒng)中可編程邏輯器件主要完成的功能包括：脈沖信號的計(jì)數(shù)、定時器和產(chǎn)生芯片選擇信號。實(shí)現(xiàn)的功能較為簡單，使用端口不多，故選用Altera公司的EPM7032S44。</p><p>　　可

34、編程邏輯器件電路的工作原理如圖9所示。</p><p>　　可編程邏輯器件設(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]。</p><p>　　圖10 可編程邏輯器件頂層圖形輸入設(shè)計(jì)</p><p>　　由圖10可知，液晶顯示模塊和日歷時鐘芯片

35、的片選信號由讀、寫信號及最高位地址線A15經(jīng)過簡單的邏輯電路搭建而成，這實(shí)際上就是一個地址譯碼電路。圖中另外一部分電路由兩個子模塊timer和sigcounter構(gòu)成，它們的作用是對信號采集模塊采集到的信號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。</p><p>　　Timer模塊用VHDL語言實(shí)現(xiàn)，代碼如下：</p><p>　　SUBDESIGN timer&l

36、t;/p><p>　?。╟lk : INPUT;</p><p>　　suocun : OUTPUT;）</p><p><b>　　VARIABLE</b></p><p>　　f[3..0] : DFF;</p><p>　　suocun : DFF;</p><p>&l

37、t;b>　　BEGIN</b></p><p>　　f[].clk=clk;</p><p>　　suocun.clk=clk;</p><p>　　f[].d=(!suocun)&(f[]+1);</p><p>　　suocun.d=f[3] & !f[2] & !f[1] & !f[0]

38、;</p><p><b>　　END;</b></p><p>　　Timer模塊的輸入信號為日歷時鐘芯片產(chǎn)生的方波信號，輸出為計(jì)數(shù)模塊sigcounter需要的鎖存信號“suocun”。</p><p>　　計(jì)數(shù)模塊sigcounter也采用VHDL編程實(shí)現(xiàn)，代碼如下：</p><p>　　SUBDESIGN sig

39、counter</p><p>　　(sig, lrst, suocun, oe : INPUT;</p><p>　　ad[7..0] : OUTPUT;)</p><p><b>　　VARIABLE</b></p><p>　　cnt0[7..0] : DFF;</p><p>　　cnt1

40、[7..0] : DFF;</p><p>　　reg[4..0] : DFF;</p><p>　　tnode[7..0] : TRI_STATE_NODE;</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　reg0.clk=suocun;</p><p>　　reg0.d=

41、!reg0;</p><p>　　reg1.clk=!oe;</p><p>　　reg1.d=!reg0;</p><p>　　reg2.clk=!suocun;</p><p>　　reg2.d=reg0;</p><p>　　reg3.clk=!oe;</p><p>　　reg3.d=r

42、eg0;</p><p>　　reg4.clk=!suocun;</p><p>　　reg4.d=!reg0;</p><p>　　cnt0[].clk=sig & reg0; //計(jì)數(shù)</p><p>　　cnt1[].clk=sig & !reg0;</p><p>　　cnt0[].cl

43、rn=lrst &(reg3.q # reg4.q);</p><p>　　cnt1[].clrn=lrst &(reg1.q # reg2.q);</p><p>　　cnt0[].d=cnt0[]+1;</p><p>　　cnt1[].d=cnt1[]+1;</p><p>　　tnode[7]=TRI(cnt0[7].

44、q, oe & !reg0); //三態(tài)門</p><p>　　tnode[7]=TRI(cnt1[7].q, oe & reg0);</p><p>　　tnode[6]=TRI(cnt0[6].q, oe & !reg0);</p><p>　　tnode[6]=TRI(cnt1[6].q, oe & reg0);</p

45、><p>　　tnode[5]=TRI(cnt0[5].q, oe & !reg0);</p><p>　　tnode[5]=TRI(cnt1[5].q, oe & reg0);</p><p>　　tnode[4]=TRI(cnt0[4].q, oe & !reg0);</p><p>　　tnode[4]=TRI(cn

46、t1[4].q, oe & reg0);</p><p>　　tnode[3]=TRI(cnt0[3].q, oe & !reg0);</p><p>　　tnode[3]=TRI(cnt1[3].q, oe & reg0);</p><p>　　tnode[2]=TRI(cnt0[2].q, oe & !reg0);</p&g

47、t;<p>　　tnode[2]=TRI(cnt1[2].q, oe & reg0);</p><p>　　tnode[1]=TRI(cnt0[1].q, oe & !reg0);</p><p>　　tnode[1]=TRI(cnt1[1].q, oe & reg0);</p><p>　　tnode[0]=TRI(cnt0[

48、0].q, oe & !reg0);</p><p>　　tnode[0]=TRI(cnt1[0].q, oe & reg0);</p><p>　　ad[]=tnode[]; //輸出</p><p><b>　　END; </b></p><p>

49、;　　3.5 日歷時鐘芯片</p><p>　　汽車行駛狀態(tài)記錄儀需要對狀態(tài)發(fā)生時所對應(yīng)的時間信息做相應(yīng)的記錄，以便以后的分析使用，所以需要獲取詳細(xì)的時間信息。文中選用達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的芯片DS12887。</p><p>　　DS12887是一款實(shí)時時鐘芯片，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)時間的記錄，時間信息可以詳細(xì)到時、分

50、、秒、年、月、日，以及星期；時間顯示模式可以選擇帶有“AM”和“PM”指示的12小時模式及正常的24小時模式；芯片可以提供鬧鐘的設(shè)置，在芯片內(nèi)部有15個字節(jié)的時鐘和控制寄存器，以及113個字節(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。</p><p>　　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AS實(shí)現(xiàn)地址的鎖存，然后通過讀、寫的時鐘配合實(shí)現(xiàn)數(shù)

51、據(jù)的輸入/輸出。時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間信息。日歷時鐘芯片DS12887的工作原理如圖11所示。</p><p>　　圖11中AD0~AD7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)和地址線的時分復(fù)用。</p><p>

52、;　　DS12887有兩種工作時序，即Motorola和Intel時序，由MOT引腳的電平指定。當(dāng)MOT接高電平時，芯片工作在Motorola總線定時方式；接GND或者懸空則選擇的是Intel總線定時方式。圖中選擇后者，也就是MOT引腳接GND。在Intel總線定時方式下，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。</p><p>　　是DS12887的片選腳，低電平有效，

53、它由可編程邏輯器件產(chǎn)生，在對DS12887內(nèi)部空間（如寄存器）操作的時候，可編程邏輯器件會通過所操作的地址產(chǎn)生低電平有效的CS信號輸出給芯片DS12887 [12]。</p><p>　　圖12 日歷時鐘芯片DS12887內(nèi)部工作原理框圖</p><p>　　芯片的23腳是方波輸出腳SQW，它可以對芯片內(nèi)部晶振產(chǎn)生的時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

54、信號也可作為時鐘來使用。</p><p>　　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、時間信息、寄存器和存儲器，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。</p><p>　　圖11中DS12887的方波輸出腳SQW用來產(chǎn)生時鐘信號。由圖12可知，SQW信號是由芯片內(nèi)部晶振通過多個分頻電路分頻產(chǎn)生的，SQWE是方波信號

55、的輸出使能控制位；寄存器A的低四位RS0~RS3是方波信號的輸出頻率選擇位。它們對SQW的操作方法可參見表3-2。比如要產(chǎn)生頻率1MHz的時鐘信號，寄存器的設(shè)置為：SQWE=0；RS3=0；RS2=1；RS1=1；RS0=0</p><p>　　表3-2 SQW輸出頻率選擇表</p><p>　　DS12887的內(nèi)存空間為128個字節(jié)，且這128個字節(jié)都是掉電非易失性的，其空間映射圖如圖1

56、3所示。由圖可知DS12887的11個字節(jié)專門用于存儲實(shí)時時間信息，字節(jié)0為秒，字節(jié)2為分，字節(jié)4為時，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個字節(jié)0AH~0DH分別為寄存器A、B、C、D，專門用于控制和存放狀態(tài)信息，剩下的113個字節(jié)為用戶可以使用的普遍RAM空間。直接對合適的字節(jié)地址操作，就可以設(shè)定或獲取所需要的時間。</p><p>　　圖13 日歷時鐘芯片DS12887工作

57、原理圖</p><p>　　DS12887實(shí)時時鐘芯片可以產(chǎn)生詳細(xì)的時間和日期信息，可以記錄汽車行駛過程中各種狀態(tài)發(fā)生時對應(yīng)的時間信息，它完全滿足系統(tǒng)的功能要求。</p><p>　　3.6 液晶顯示模塊</p><p>　　對于現(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。

58、對于汽車行駛狀態(tài)記錄儀來說，需要液晶顯示界面來讓用戶及時了解汽車行駛過程中的重要狀態(tài)信息。</p><p>　　本文中液晶顯示模塊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

59、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)動器，同時使用KS0107B作為行驅(qū)動器。KS0107B不與MPU發(fā)生聯(lián)系，只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動信號和各種同步信號，比較簡單。GXM12864的內(nèi)部邏輯電路如圖14所示 [13]。</p><p>　　圖14 液晶顯示模塊GXM12864內(nèi)部邏輯電路圖</p><p>　　在GXM12864

60、中，兩片KS0108B的ADC均接高電平，RST也接高電平。跟KS0108B（1）的CS1相連，跟KS0108B（2）的CS1相連，因此、=01選通KS0108B（1），、=10選通KS0108B（2），為其他值時禁止選通，總線處于高阻態(tài)。</p><p>　　GXM12864的引腳定義如表3-3所示。</p><p>　　表3-3 GXM12864引腳定義</p><

61、;p>　　GXM12864共有20個引腳，其中DB0~DB7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，此時數(shù)據(jù)出現(xiàn)在總線上，可以由CPU讀走；低電平為寫，可以寫入8位數(shù)據(jù)。E為使能信號腳，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]。</p><p>　　GXM12864模塊的工

62、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)動器的供壓，從而調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度。RST是復(fù)位腳，接高電平VCC。數(shù)據(jù)線DB0~DB7和單片機(jī)的P0口相連，控制線D/I、R/W和片選線、分別與單片機(jī)P2口的6、5、1、0腳相連。</p><p>　　列驅(qū)動芯片KS0108B與KS0107B配合對液晶屏進(jìn)行列驅(qū)動，可直接與8位微處理器相連。</p><p>　　KS0108B驅(qū)動

63、器具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　· 內(nèi)部有64*64=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對應(yīng)LCD屏上一個點(diǎn)的亮暗狀態(tài)。</p><p>　　· KS0108B列驅(qū)動器，具有64路列驅(qū)動輸出。</p><p>　　· KS0108B的占空比為1/32~1/64。</p><p>　　· KS0

64、108B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。</p><p><b>　　3.7 信息的存儲</b></p><p>　　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到智能IC卡中，以便以后對信息進(jìn)行分析。IC卡采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的智能卡，文中選用ATMEL公司的AT45D041A。</p><p>

65、　　AT45D041A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。</p><p>　　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SRAM數(shù)據(jù)緩沖，每個緩沖區(qū)的大小也是264B，緩沖區(qū)的作用使得主內(nèi)存重新編程的時候允許接受新的數(shù)據(jù)。AT45D041

66、A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖16所示 [15]。</p><p>　　圖16 IC卡芯片AT45D041A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　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)，采用簡單的串行數(shù)據(jù)接口可以增加系統(tǒng)可靠性，減小器件的封裝，減少引腳數(shù)目。</p><p>　　IC卡芯片AT45D041A在本文中應(yīng)用的工作原理如圖17所示。

67、</p><p>　　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，</p><p>　　低電平的時候單片機(jī)工作在從模式，同時AT45D041A片選有效。</p><p>　　AT

68、45D041A的內(nèi)存空間為4M，共分成三個等級：扇區(qū)、塊和頁面。以頁為單元，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，對應(yīng)第1到第31塊，扇區(qū)2由256頁構(gòu)成，對應(yīng)第32到第63塊，扇區(qū)3、4、5均為512頁，每個扇區(qū)對應(yīng)64塊的空間。所有對數(shù)據(jù)Flash的編程操作都以頁為基本單元，而擦除操作可

69、以選擇頁操作或者塊操作。</p><p>　　對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，啟動SCK時鐘控制SI輸入腳裝載指令代碼和操作對象地址，完成一條指令的輸入。操作對象的尋址主要包括BUFFER尋址和主內(nèi)存尋址，BUFFER尋址是通過BFA8~BFA0 9位地址位來定

70、位BUFFER內(nèi)具體字節(jié)的地址，而主內(nèi)存尋址通過PA10~PA0和BA8~BA0共9位地址位確定頁內(nèi)具體字節(jié)的位置 [16]。</p><p>　　上文中提到了AT45D041A內(nèi)部有主內(nèi)存空間，以及兩個264B的BUFFER，對AT45D041A的操作實(shí)際上就是對內(nèi)部內(nèi)存空間的操作。由于BUFFER的存在，在讀寫時可以直接對主內(nèi)存空間操作，也可以以BUFFER作為緩沖來進(jìn)行操作。</p><

71、p>　　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，IC卡部分只是一個插座，IC卡插入插座，卡上的智能芯片引腳就和插座的對應(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。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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

72、圖18所示。</p><p>　　從圖18中可以看出，軟件的流程是和汽車行駛狀態(tài)記錄儀工作時的工序相對應(yīng)的。在啟動后，液晶顯示屏?xí)崾据斎胝咎枴④囂柕刃畔?，用戶可以通過鍵盤輸入，汽車開動以后，顯示屏?xí)@示汽車實(shí)時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，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，超速要給出報警等指示?？删幊踢壿嬈骷囕嗈D(zhuǎn)

73、一周產(chǎn)生的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，單片機(jī)利用定時中斷定期對計(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警紅燈。</p><p>　　除了定時中斷以外，本系統(tǒng)還使用了一個外部中斷INT0，汽車到站時，用戶按下“FUN”鍵就會觸發(fā)此中斷。程序檢測到此中斷后會執(zhí)行到站后的相應(yīng)操作。</p><p>　　主程序在檢測到車子開動以后進(jìn)入一個無限循環(huán)，循環(huán)和中斷

74、的配合實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的整個功能 [17] 。</p><p><b>　　5 分析與總結(jié)</b></p><p>　　本文介紹了汽車行駛狀態(tài)記錄儀的整個設(shè)計(jì)過程，包括硬件部分和內(nèi)部軟件設(shè)計(jì)流程，該記錄儀能夠?qū)崟r監(jiān)測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)，通過硬件和軟件系統(tǒng)的配合實(shí)現(xiàn)對汽車實(shí)時信息的采集、處理、傳送和存儲的功能。本設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循汽車電子產(chǎn)品的要求，

75、充分考慮了車內(nèi)環(huán)境(如電磁干擾、振動、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)、接插件選擇等各個步驟上均嚴(yán)格按照相應(yīng)的電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) [18] 。</p><p>　　本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多種信息處理，對車速等參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)控，并通過LCD顯示為駕</p><p>　　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)：</p>

76、<p>　　1，通用性強(qiáng)：該記錄儀可安裝使用在各種12V或24V直流電源的車輛上。</p><p>　　2，可靠性強(qiáng)：該記錄儀在任何車輛能工作的環(huán)境下都能正常穩(wěn)定的工作。</p><p>　　3，功能擴(kuò)展性強(qiáng)：系統(tǒng)軟件具有動態(tài)裝載功能，即在不改變硬件的情況下，僅通過更新記錄儀的系統(tǒng)軟件，即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的更新和升級。</p><p><b>　

77、　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]黃艷玲，李立偉.多功能汽車行駛狀態(tài)記錄儀的設(shè)計(jì)[OL], </p><p>　　[2] 劉輝.基于嵌入式系統(tǒng)的汽車行駛狀態(tài)記錄儀的設(shè)計(jì)[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.</p><p>　　[3] 徐愛鈞.單片機(jī)原理實(shí)用教程—基于Proteus虛擬仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：104.<

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81、合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.4：52~56.</p><p>　　[13] 張萌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實(shí)例[M].北京:清華大學(xué)出版社，2007.7：127~130.</p><p>　　[14] 梅燁.基于MSP430F449的VRLA蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].陜西：西北工業(yè)大學(xué)，2007.</p><p>　　[15] 李廣

82、弟，朱月秀，冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)(第三版)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.6：45~117.</p><p>　　[16] 劉濤.汽車行駛記錄儀的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].機(jī)電一體化，2007，32：53.</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　在本文完稿之際，我要衷心感謝我的指導(dǎo)老師***老師，在論文成稿期間，

83、無論在選題上，還是資料的應(yīng)用上，***老師都給予我耐心細(xì)致的教導(dǎo)，老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵，在論文研究及撰寫過程中，***老師提出了許多寶貴意見，我學(xué)到了許多課外的知識，使我的綜合能力得到了提升。*** 老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻終生受益。對xx老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。對*** 老師的感激之情是無法用言語表達(dá)