基于AVR單片機(jī)的自行車行車記錄儀，軟硬件協(xié)同

圖 4.2 嵌入式軟件層次結(jié)構(gòu)

這種軟件設(shè)計(jì)的好處是便于移植，當(dāng)更換某一芯片時(shí)，只需要改變相應(yīng)芯片的驅(qū)動(dòng)層，而不用修改封裝和應(yīng)用層，便可以使軟件繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

而如果更換單片機(jī)這一核心元件，也只需更改所有的驅(qū)動(dòng)層便可以把軟件移植到其它單片機(jī)平臺(tái)，在編寫涉及到硬件的代碼時(shí)，可以盡量使用宏定義或者編寫多層結(jié)構(gòu)，使底層硬件操作的代碼達(dá)到最少，從而方便移植。

4.3 各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)原理

4.3.1 處理器模塊

首先在選擇CPU(Central Processing Unit，計(jì)算機(jī)中央處理器)之前，必須先分析完成這個(gè)作品所選的CPU必須具備的功能，如果CPU選的功能太過(guò)簡(jiǎn)單就不能達(dá)到預(yù)期的效果，很多東西不能實(shí)現(xiàn)，而如果選擇很先進(jìn)的CPU或者32位的高級(jí)單片機(jī)，首先第一個(gè)是不能充分利用這個(gè)單片機(jī)，第二是在成本上也會(huì)大幅上升，所以在選擇單片機(jī)時(shí)必須對(duì)所需要的功能進(jìn)行合理的分析。

分析情況：

在顯示方面使用的是12864液晶的帶字庫(kù)液晶，該液晶操作簡(jiǎn)單，只需普通的IO端口操作便可以解決控制，所以它對(duì)單片機(jī)沒(méi)有特殊的要求。

在存儲(chǔ)方面，使用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器走的是IIC(ATMEL公司開發(fā)的兩線串行總線)總線模式，雖然可以用一般的單片機(jī)模擬IIC總線，但是為了提高效率則必須選擇具有IIC總線接口的單片機(jī)，這個(gè)一般的51單片機(jī)已經(jīng)不能滿足，所以需考慮其它單片機(jī)。

時(shí)鐘模塊，用的是達(dá)拉斯的DS1302芯片，只需普通的端口操作就能完成。

打印機(jī)模塊，有下面的打印機(jī)實(shí)現(xiàn)原理(圖4.5)可知，我們必須選擇具有雙邊沿觸發(fā)的單片機(jī)，有這個(gè)功能的單片機(jī)ATMEL的AVR系列的中高端單片機(jī)能滿足，比如Atmega64及以上的單片機(jī)都具有這一功能。

霍爾傳感器，霍爾傳感器測(cè)速必須具有兩個(gè)內(nèi)置外設(shè)，一個(gè)是外部下降沿中斷，一個(gè)是內(nèi)部定時(shí)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(shí)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(jì)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(jià)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(shí)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(shí)急速器(2路8位，1路16位)

兩個(gè)串行USART口

53個(gè)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(gè)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(gè)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(jiǎn)單的switch，case語(yǔ)句，那在三層菜單的基礎(chǔ)上，那將會(huì)是一個(gè)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(shí)都是一件非常痛苦的事情。

通過(guò)各種資料的搜索與整理，并且通過(guò)自己的改良，用了一種基于節(jié)點(diǎn)編號(hào)的方法實(shí)現(xiàn)了這個(gè)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(gè)十百來(lái)標(biāo)識(shí)菜單所在的層次，以每一位的大小來(lái)標(biāo)識(shí)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(gè)唯一的ID，我們稱之為節(jié)點(diǎn)。

基于節(jié)點(diǎn)編號(hào)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(hào)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(jiàn)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(hào)分別是1和2，在例如在第三層中節(jié)點(diǎn)編號(hào)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(jí)菜單)的第一條。其它菜單的結(jié)構(gòu)和這個(gè)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(gè)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(méi)有父節(jié)點(diǎn)或者子節(jié)點(diǎn)，則分別把這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置成空節(jié)點(diǎn)。

有了這個(gè)方法，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)菜單系統(tǒng)便是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事情了，這套菜單系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)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(hào)就可以實(shí)現(xiàn)。

菜單與實(shí)時(shí)顯示界面的分離：在這套菜單系統(tǒng)中，用戶可以通過(guò)按返回鍵激活菜單或者通過(guò)返回鍵返回實(shí)時(shí)界面，其實(shí)現(xiàn)原理也非常簡(jiǎn)單，只需設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位來(lái)標(biāo)識(shí)是否激活菜單，從而達(dá)到實(shí)時(shí)界面與菜單的分離。

4.3.3 測(cè)速實(shí)現(xiàn)原理

測(cè)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(jì)中提到的圖3.4所示。從而使傳感器在周期性的磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生一個(gè)固定周期的方波。

那么，如何利用輸出的一個(gè)方波來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)速的目的呢?這里利用了單片機(jī)的兩個(gè)內(nèi)置外設(shè)：

外部IO中斷

8位定時(shí)器T2

當(dāng)出現(xiàn)方波的下降沿時(shí)，單片機(jī)可以利用外部中斷采集到這個(gè)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(guò)打開定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)記錄每個(gè)方波或者一定方波個(gè)數(shù)n的時(shí)間t。

這里假設(shè)輪胎的圓周長(zhǎng)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(gè)打印針，每個(gè)打印針?lè)謩e可以打印24個(gè)點(diǎn)，其在打印紙上的分布點(diǎn)如下圖4.4所示

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