基于AVR單片機(jī)的自行車行車記錄儀，包括軟硬件具體

作者：時間：2016-09-12 來源：網(wǎng)絡(luò)

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霍爾傳感器，霍爾傳感器測速必須具有兩個內(nèi)置外設(shè)，一個是外部下降沿中斷，一個是內(nèi)部定時器。

內(nèi)存空間要求：在做用戶界面以及制作貪吃蛇等游戲時都必須開很大的緩存，所以必須具備一定的內(nèi)存容量，初步估計需要2K內(nèi)存以上。

由以上6點(diǎn)分析，這里我選擇了ATMEL公司的AVR系列單片機(jī)Atmega64，該款單片機(jī)價格便宜，功能強(qiáng)大，能滿足上面7點(diǎn)的全部要求。其資源如下：

工作于16M時性能高達(dá)16MIPS，速度快

64K flash程序代碼空間

4K 的內(nèi)部SRAM，足夠滿足UI界面以及其他的緩存

內(nèi)置IIC和SPI總線接口

8路外部中斷，有4路能實(shí)現(xiàn)雙邊沿中斷

3路定時急速器(2路8位，1路16位)

兩個串行USART口

53個普通IO端口(大部分復(fù)用)

由以上八點(diǎn)可以看出，該款單片機(jī)完全能夠滿足這個產(chǎn)品需要的功能，并且Atmega64為基于RSIC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器，降低功耗，是做行車記錄儀的首選單片機(jī)。

結(jié)論：最終選擇的單片機(jī)為ATMEL公司的Atmega64八位高性能單片機(jī)。

4.3.2 用戶UI界面原理

在這個嵌入式軟件中，最關(guān)鍵也是最富有挑戰(zhàn)的便是用戶界面，即菜單系統(tǒng)，如果只是用簡單的switch，case語句，那在三層菜單的基礎(chǔ)上，那將會是一個非常龐大的代碼，并且可讀性差，維護(hù)十分困難，當(dāng)需要增加或則刪減菜單時都是一件非常痛苦的事情。

通過各種資料的搜索與整理，并且通過自己的改良，用了一種基于節(jié)點(diǎn)編號的方法實(shí)現(xiàn)了這個菜單系統(tǒng)。

首先、菜單是有層次的，并且每一層菜單都有不同的不同的條數(shù)，比如第一層菜單有四條，第一層菜單第一條的子菜單都3條，而第一層菜單第二條的子菜單有2條。

加入以個十百來標(biāo)識菜單所在的層次，以每一位的大小來標(biāo)識當(dāng)前菜單再當(dāng)前層次的條數(shù)，則可以推斷出每條菜單都有一個唯一的ID，我們稱之為節(jié)點(diǎn)。

基于節(jié)點(diǎn)編號的菜單系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖4.3所示

圖4.3 基于節(jié)點(diǎn)編號的菜單系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)分析：菜單系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如上圖4.3所示，可見很明顯，菜單為3層菜單結(jié)構(gòu)，第一層總共有兩條菜單，其編號分別是1和2，在例如在第三層中節(jié)點(diǎn)編號為133的菜單，由該節(jié)點(diǎn)知，該條菜單再當(dāng)前層次的第三條，并且位于上層菜單的第三條，位于上上層菜單(即一級菜單)的第一條。其它菜單的結(jié)構(gòu)和這個一樣。

由以上分析可知，菜單的結(jié)構(gòu)很明顯的構(gòu)成了一個標(biāo)準(zhǔn)的二叉樹，并且其父子節(jié)點(diǎn)有很明顯的算術(shù)關(guān)系，其關(guān)系如下。

父節(jié)點(diǎn) = 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)%10;(%操作為求余操作)

子節(jié)點(diǎn) = 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)*10 + 1;

如果沒有父節(jié)點(diǎn)或者子節(jié)點(diǎn)，則分別把這兩個節(jié)點(diǎn)設(shè)置成空節(jié)點(diǎn)。

有了這個方法，要實(shí)現(xiàn)一個菜單系統(tǒng)便是一個很簡單的事情了，這套菜單系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)翻頁等復(fù)雜操作，并且增加或刪除節(jié)點(diǎn)十分方便I，只需修改相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的編號就可以實(shí)現(xiàn)。

菜單與實(shí)時顯示界面的分離：在這套菜單系統(tǒng)中，用戶可以通過按返回鍵激活菜單或者通過返回鍵返回實(shí)時界面，其實(shí)現(xiàn)原理也非常簡單，只需設(shè)置一個標(biāo)志位來標(biāo)識是否激活菜單，從而達(dá)到實(shí)時界面與菜單的分離。

4.3.3 測速實(shí)現(xiàn)原理

測速的核心部件是霍爾元件，利用霍爾元件，再進(jìn)行一些改良，如上硬件設(shè)計中提到的圖3.4所示。從而使傳感器在周期性的磁場作用下產(chǎn)生一個固定周期的方波。

那么，如何利用輸出的一個方波來實(shí)現(xiàn)測速的目的呢?這里利用了單片機(jī)的兩個內(nèi)置外設(shè)：

外部IO中斷

8位定時器T2

當(dāng)出現(xiàn)方波的下降沿時，單片機(jī)可以利用外部中斷采集到這個下降沿，并跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)入口，在中斷服務(wù)中可以通過打開定時器來實(shí)現(xiàn)記錄每個方波或者一定方波個數(shù)n的時間t。

這里假設(shè)輪胎的圓周長是len厘米。則由以上數(shù)據(jù)可知如下公式。

速度 V = n*len/t (cm/s)，其中l(wèi)en的單位為厘米，t的單位為秒。

4.3.4 微型打印機(jī)原理

在這里使用的打印機(jī)是EPSON公司的M-150II微型打點(diǎn)打印機(jī)，其總共包含4個打印針，每個打印針分別可以打印24個點(diǎn)，其在打印紙上的分布點(diǎn)如下圖4.4所示

圖4.4 打印機(jī)點(diǎn)在打印紙上的分布

由以上硬件設(shè)計中的圖3.7所示知，控制打印機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的主要有4種信號：

復(fù)位控制信號Reset Decetor

時序控制信號 Timing Decteor

電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制信號 Motor

四個打印針控制信號 Print Solenoid

打印機(jī)點(diǎn)在打印紙上的分布如上圖4.4所示，當(dāng)打印機(jī)從左往右運(yùn)動時，分別產(chǎn)生96個Timing Dector信號，單片機(jī)以這個信號為基準(zhǔn)進(jìn)行打點(diǎn)控制，每一個信號分別控制一個點(diǎn)，總共96個信號對應(yīng)96個點(diǎn)，打打印完一行后，打印機(jī)需通過點(diǎn)擊回到起始原點(diǎn)，當(dāng)回到原點(diǎn)時，打印機(jī)通過Reset Decotor信號輸出低電平開始新的一行的打印。

而打印機(jī)在打印的時候，每個打印針電路上的瞬間電流都是很大的，所以必須要通過驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)，其驅(qū)動電路已經(jīng)在上面硬件電路設(shè)計中的打印機(jī)模塊講明了。

Timing Dector信號如下圖4.5所示