AVR單片機(jī)的智能信息記錄儀設(shè)計(jì)方案

0 引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)各種儀器的使用情況的監(jiān)控也越來(lái)越智能化。針對(duì)目前市場(chǎng)上時(shí)間記錄儀成本高、可擴(kuò)展性差、存儲(chǔ)容量小、編程復(fù)雜等缺點(diǎn)，本文通過(guò)以AVR單片機(jī)為核心控制器，以高亮度液晶為顯示器，以USB移動(dòng)硬盤(pán)為存儲(chǔ)設(shè)備，設(shè)計(jì)了一種智能時(shí)間記錄儀。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)總體組成
智能信息記錄儀由單片機(jī)、電源、液晶顯示、鍵盤(pán)輸入和USB模塊幾部分組成，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)中的電源包括外部
電源和鋰電池。開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)主電源一邊給電路供電，一邊對(duì)鋰電池充電。關(guān)機(jī)后，則由鋰電池給USB供電完成數(shù)據(jù)的保存。液晶顯示部分的主要任務(wù)是完成開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間的查詢顯示，在空閑時(shí)顯示當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間。時(shí)鐘模塊使用的是DSl302芯片，它是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM。它可通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷電路可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整。USB模塊采用的U盤(pán)讀寫(xiě)芯片PB375A是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的U盤(pán)讀寫(xiě)解決方案。使用它無(wú)需了解繁瑣的USB HOST底層協(xié)議和FAT文件系統(tǒng)(支持FATl2和FATl6及FAT32文件系統(tǒng))，而只需要將MCU與模塊通過(guò)SPI接口或者UART通信，通過(guò)執(zhí)行幾個(gè)簡(jiǎn)單命令，便可完成文件的新建、讀寫(xiě)、刪除等功能，使用十分簡(jiǎn)單方便。另外，對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，基本不占用單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間，只需要幾個(gè)字節(jié)的RAM和幾百字節(jié)的代碼就可完成。它的串口支持9600、4800和2400bit／s三種波特率的選擇，由于其內(nèi)置5 V轉(zhuǎn)3．3 V電路，故可大大簡(jiǎn)化外圍電路的設(shè)計(jì)。

1．2 硬件電路設(shè)計(jì)
該信息記錄儀器采用一款高性能低功耗的處理器ATmega64作為中央控制器，它的工作電壓為3．3 V，具有豐富的內(nèi)部資源：包括53個(gè)可編程的I／O口、7個(gè)外部中斷、2個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)8位定時(shí)器、4 KB的片內(nèi)SRAM和64 KB系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲(chǔ)器，而且擦寫(xiě)壽命長(zhǎng)，可滿足系統(tǒng)要求。ATmega64及其外圍接口電路如圖2所示。

該儀器的中斷接口電路包括開(kāi)機(jī)時(shí)的上電中斷和關(guān)機(jī)時(shí)的掉電中斷，它們都由光電耦合芯片6N137和非門(mén)74LVT04組成，圖3所示是其中斷電路。電源VC經(jīng)過(guò)7805后接到光耦的輸入端，輸出接單片機(jī)的INT0和非門(mén)的l腳，非門(mén)的2腳接INTl。因此，在開(kāi)機(jī)時(shí)，光耦輸入端Vin+為高電平，輸出端Vo為低電平，故產(chǎn)生上電中斷(INT0)；而關(guān)機(jī)時(shí)，光耦的輸入是低電平，而輸出為高電平。故在經(jīng)過(guò)非門(mén)2腳后，輸出低電平以產(chǎn)生掉電中斷(INTl)。

電源切換電路主要的功能是在系統(tǒng)關(guān)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)由鋰電池給USB供電并完成數(shù)據(jù)的保存，其電源切換如圖4所示。圖中，當(dāng)外部開(kāi)機(jī)后，V為高電平使三極管Q2導(dǎo)通，同時(shí)把Q1的基極拉至低電平，使其導(dǎo)通。外部電源V經(jīng)過(guò)二極管D1后(VC)給單片機(jī)電路和USB供電。由于程序在初始時(shí)把POWER置高，所以，此時(shí)Q2也是導(dǎo)通的。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，V變成低電平，三極管Q2截止。但是，由于此時(shí)Q3是導(dǎo)通的，所以Q1仍導(dǎo)通，只是此時(shí)是由鋰電池供電來(lái)完成數(shù)據(jù)的保存，這時(shí)，單片機(jī)的定時(shí)器l開(kāi)始工作，并在延時(shí)10 s后，使POWER的輸出為低電平，從而使Q3關(guān)斷，并最終使Q1的基極變高，整個(gè)記錄儀關(guān)閉。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是USB的讀寫(xiě)、液晶的顯示、時(shí)鐘和鍵盤(pán)的編程。PB375A和單片機(jī)之間使用串行通信。其中，單片機(jī)首先將命令碼和
參數(shù)信息發(fā)送給PB375A，由PB375A根據(jù)命令信息執(zhí)行完相應(yīng)操作，再以中斷方式返回操作狀態(tài)碼給單片機(jī)。通信格式包括起始碼(0x3A)、操作碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)包。其主要的操作碼如下：
Ox71：檢測(cè)U盤(pán)是否連接，連接時(shí)返回0；
0x64：打開(kāi)已有的文件，如果文件不存在，則返回Ox42：
0x65：新建文件；
Ox7A：確定讀寫(xiě)字節(jié)的地址；
0x7B：以字節(jié)為單位返回讀取的數(shù)據(jù)。
圖5所示是本系統(tǒng)的程序流程框圖。

2．1 文件新建與數(shù)據(jù)寫(xiě)入
利用命令CMD_FileCreat可新建文件，文件名應(yīng)為8+3格式，且必須為大寫(xiě)字母或者數(shù)字。
寫(xiě)入數(shù)據(jù)可通過(guò)命令CMD_ByteWrite來(lái)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)CMD_FileClose命令可關(guān)閉文件。關(guān)閉文件將自動(dòng)更新文件長(zhǎng)度。另外應(yīng)特別注意只有關(guān)閉了文件；才默認(rèn)生成文件，否則沒(méi)有文件生成，也就無(wú)法進(jìn)行下面的操作(例如新建文件后沒(méi)有關(guān)閉文件就開(kāi)始讀數(shù)據(jù)，則該操作無(wú)效)。
2．2 向已有文件追加數(shù)據(jù)
向已有文件追加數(shù)據(jù)時(shí)的一般命令如下：
CMD_FileOpen：打開(kāi)文件；
CMD_ByteLocate：移動(dòng)文件指針到末尾(0xFFFFFFFF)；
CMD_ByteWrite：寫(xiě)入數(shù)據(jù)；
CMD_FileClose：關(guān)閉文件。
2．3 寫(xiě)數(shù)據(jù)操作
寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，首先讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘DSl302的值，以判斷當(dāng)前時(shí)間是不是每月的1號(hào)，如果是，就新建一個(gè)vv-mm．TXT文件，用來(lái)保存一個(gè)月中每天的開(kāi)機(jī)次數(shù)，然后再新建yy—mm—dd．TXT文件來(lái)保存每次具體的開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間。假如現(xiàn)在是09年11月1日，則先新建09-11．TXT并寫(xiě)入31個(gè)0，然后把它第一個(gè)數(shù)讀取出來(lái)，是0則新建09-11-01．TXT，寫(xiě)入開(kāi)機(jī)時(shí)間后，再把開(kāi)機(jī)次數(shù)的標(biāo)志位加1，然后再寫(xiě)入文件09-11．TXT。第二次開(kāi)機(jī)時(shí)，時(shí)間就直接追加到該文件里。
在新建文件09-11-01．TXT時(shí)，要把此刻的日期時(shí)間保存起來(lái)。這樣，當(dāng)關(guān)機(jī)時(shí)，就會(huì)把關(guān)機(jī)時(shí)間追加到該文件里。
2．4 日期時(shí)間的查詢與顯示
顯示要查詢的日期時(shí)間時(shí)，首先打開(kāi)輸入要求的日期文件，然后讀取數(shù)據(jù)并存入顯示緩存。為了能在電腦上清晰閱讀，寫(xiě)入具體時(shí)間時(shí)，應(yīng)使用空格、回車(chē)、換行等特殊字符，所以，必須對(duì)單片機(jī)讀到的數(shù)據(jù)做特殊處理后再送去顯示。

3 結(jié)束語(yǔ)
本文所介紹的信息記錄系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)合理，使用方便，具有友好的人機(jī)界面和較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，可以很好地實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息的智能記錄。使用本方案設(shè)計(jì)的智能信息記錄儀能夠滿足多種工業(yè)場(chǎng)合的使用要求，具有很好的推廣價(jià)值。