基于A(yíng)VR單片機的自行車(chē)行車(chē)記錄儀，軟硬件協(xié)同

圖 4.2 嵌入式軟件層次結構

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

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

4.3 各個(gè)模塊實(shí)現原理

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(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)單就不能達到預期的效果，很多東西不能實(shí)現，而如果選擇很先進(jìn)的CPU或者32位的高級單片機，首先第一個(gè)是不能充分利用這個(gè)單片機，第二是在成本上也會(huì )大幅上升，所以在選擇單片機時(shí)必須對所需要的功能進(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，所以它對單片機沒(méi)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(kāi)發(fā)的兩線(xiàn)串行總線(xiàn))總線(xiàn)模式，雖然可以用一般的單片機模擬IIC總線(xiàn)，但是為了提高效率則必須選擇具有IIC總線(xiàn)接口的單片機，這個(gè)一般的51單片機已經(jīng)不能滿(mǎn)足，所以需考慮其它單片機。

時(shí)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(shí)現原理(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(gè)功能的單片機ATMEL的AVR系列的中高端單片機能滿(mǎn)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(gè)內置外設，一個(gè)是外部下降沿中斷，一個(gè)是內部定時(shí)器。

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

由以上6點(diǎn)分析，這里我選擇了ATMEL公司的AVR系列單片機Atmega64，該款單片機價(jià)格便宜，功能強大，能滿(mǎn)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16MIPS，速度快

64K flash程序代碼空間

4K 的內部SRAM，足夠滿(mǎn)足UI界面以及其他的緩存

內置IIC和SPI總線(xiàn)接口

8路外部中斷，有4路能實(shí)現雙邊沿中斷

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(大部分復用)

由以上八點(diǎn)可以看出，該款單片機完全能夠滿(mǎn)足這個(gè)產(chǎn)品需要的功能，并且Atmega64為基于RSIC結構的8位低功耗CMOS微處理器，降低功耗，是做行車(chē)記錄儀的首選單片機。

結論：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(hù)UI界面原理

在這個(gè)嵌入式軟件中，最關(guān)鍵也是最富有挑戰的便是用戶(hù)界面，即菜單系統，如果只是用簡(jiǎn)單的switch，case語(yǔ)句，那在三層菜單的基礎上，那將會(huì )是一個(gè)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(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，用了一種基于節點(diǎn)編號的方法實(shí)現了這個(gè)菜單系統。

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，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)標識菜單所在的層次，以每一位的大小來(lái)標識當前菜單再當前層次的條數，則可以推斷出每條菜單都有一個(gè)唯一的ID，我們稱(chēng)之為節點(diǎn)。

基于節點(diǎn)編號的菜單系統的結構如下圖4.3所示

圖4.3 基于節點(diǎn)編號的菜單系統結構

結構分析：菜單系統結構圖如上圖4.3所示，可見(jiàn)很明顯，菜單為3層菜單結構，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點(diǎn)編號為133的菜單，由該節點(diǎn)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。其它菜單的結構和這個(gè)一樣。

由以上分析可知，菜單的結構很明顯的構成了一個(gè)標準的二叉樹(shù)，并且其父子節點(diǎn)有很明顯的算術(shù)關(guān)系，其關(guān)系如下。

父節點(diǎn) = 當前節點(diǎn)%10;(%操作為求余操作)

子節點(diǎn) = 當前節點(diǎn)*10 + 1;

如果沒(méi)有父節點(diǎn)或者子節點(diǎn)，則分別把這兩個(gè)節點(diǎn)設置成空節點(diǎn)。

有了這個(gè)方法，要實(shí)現一個(gè)菜單系統便是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事情了，這套菜單系統還能實(shí)現翻頁(yè)等復雜操作，并且增加或刪除節點(diǎn)十分方便I，只需修改相應節點(diǎn)的編號就可以實(shí)現。

菜單與實(shí)時(shí)顯示界面的分離：在這套菜單系統中，用戶(hù)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)現原理也非常簡(jiǎn)單，只需設置一個(gè)標志位來(lái)標識是否激活菜單，從而達到實(shí)時(shí)界面與菜單的分離。

4.3.3 測速實(shí)現原理

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，如上硬件設計中提到的圖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)現測速的目的呢?這里利用了單片機的兩個(gè)內置外設：

外部IO中斷

8位定時(shí)器T2

當出現方波的下降沿時(shí)，單片機可以利用外部中斷采集到這個(gè)下降沿，并跳轉到中斷服務(wù)入口，在中斷服務(wù)中可以通過(guò)打開(kāi)定時(shí)器來(lái)實(shí)現記錄每個(gè)方波或者一定方波個(gè)數n的時(shí)間t。

這里假設輪胎的圓周長(cháng)是len厘米。則由以上數據可知如下公式。

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

4.3.4 微型打印機原理

在這里使用的打印機是EPSON公司的M-150II微型打點(diǎn)打印機，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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