基于AVR單片機的自行車行車記錄儀，軟硬件協(xié)同

作者：時間：2016-09-12 來源：網(wǎng)絡

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圖 4.2 嵌入式軟件層次結(jié)構(gòu)

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/201609/303916.htm

這種軟件設計的好處是便于移植，當更換某一芯片時，只需要改變相應芯片的驅(qū)動層，而不用修改封裝和應用層，便可以使軟件繼續(xù)正常運轉(zhuǎn)。

而如果更換單片機這一核心元件，也只需更改所有的驅(qū)動層便可以把軟件移植到其它單片機平臺，在編寫涉及到硬件的代碼時，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到最少，從而方便移植。

4.3 各個模塊實現(xiàn)原理

4.3.1 處理器模塊

首先在選擇CPU(Central Processing Unit，計算機中央處理器)之前，必須先分析完成這個作品所選的CPU必須具備的功能，如果CPU選的功能太過簡單就不能達到預期的效果，很多東西不能實現(xiàn)，而如果選擇很先進的CPU或者32位的高級單片機，首先第一個是不能充分利用這個單片機，第二是在成本上也會大幅上升，所以在選擇單片機時必須對所需要的功能進行合理的分析。

分析情況：

在顯示方面使用的是12864液晶的帶字庫液晶，該液晶操作簡單，只需普通的IO端口操作便可以解決控制，所以它對單片機沒有特殊的要求。

在存儲方面，使用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM存儲器，該存儲器走的是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，這個一般的51單片機已經(jīng)不能滿足，所以需考慮其它單片機。

時鐘模塊，用的是達拉斯的DS1302芯片，只需普通的端口操作就能完成。

打印機模塊，有下面的打印機實現(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，有這個功能的單片機ATMEL的AVR系列的中高端單片機能滿足，比如Atmega64及以上的單片機都具有這一功能。

霍爾傳感器，霍爾傳感器測速必須具有兩個內(nèi)置外設，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點分析，這里我選擇了ATMEL公司的AVR系列單片機Atmega64，該款單片機價格便宜，功能強大，能滿足上面7點的全部要求。其資源如下：

工作于16M時性能高達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(大部分復用)

由以上八點可以看出，該款單片機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。

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

4.3.2 用戶UI界面原理

在這個嵌入式軟件中，最關鍵也是最富有挑戰(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上，那將會是一個非常龐大的代碼，并且可讀性差，維護十分困難，當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)點編號的方法實現(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。

加入以個十百來標識菜單所在的層次，以每一位的大小來標識當前菜單再當前層次的條數(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。

基于節(jié)點編號的菜單系統(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)點編號為133的菜單，由該節(jié)點知，該條菜單再當前層次的第三條，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)成了一個標準的二叉樹，并且其父子節(jié)點有很明顯的算術關系，其關系如下。

父節(jié)點 = 當前節(jié)點%10;(%操作為求余操作)

子節(jié)點 = 當前節(jié)點*10 + 1;

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

有了這個方法，要實現(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)還能實現(xiàn)翻頁等復雜操作，并且增加或刪除節(jié)點十分方便I，只需修改相應節(jié)點的編號就可以實現(xiàn)。

菜單與實時顯示界面的分離：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時界面，其實現(xiàn)原理也非常簡單，只需設置一個標志位來標識是否激活菜單，從而達到實時界面與菜單的分離。

4.3.3 測速實現(xiàn)原理

測速的核心部件是霍爾元件，利用霍爾元件，再進行一些改良，如上硬件設計中提到的圖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現(xiàn)測速的目的呢?這里利用了單片機的兩個內(nèi)置外設：

外部IO中斷

8位定時器T2

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