基于A(yíng)VR的智能信息記錄儀設計

摘要：給出了基于AVR單片機ATMEGA64來(lái)設計智能信息記錄系統的軟硬件設計方法，該方法通過(guò)外加液晶和USB接口，并通過(guò)U盤(pán)直接存儲信息，然后在液晶上顯示，從而完成對儀器的開(kāi)關(guān)機時(shí)間等信號的智能存儲。

0 引言

隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，對各種儀器的使用情況的監控也越來(lái)越智能化。針對目前市場(chǎng)上時(shí)間記錄儀成本高、可擴展性差、存儲容量小、編程復雜等缺點(diǎn)，本文通過(guò)以AVR單片機為核心控制器，以高亮度液晶為顯示器，以USB移動(dòng)硬盤(pán)為存儲設備，設計了一種智能時(shí)間記錄儀。

1 系統硬件設計

1.1 系統總體組成

智能信息記錄儀由單片機、電源、液晶顯示、鍵盤(pán)輸入和USB模塊幾部分組成，其系統組成結構框圖如圖1所示。系統中的電源包括外部

電源和鋰電池。開(kāi)機后，系統主電源一邊給電路供電，一邊對鋰電池充電。關(guān)機后，則由鋰電池給USB供電完成數據的保存。液晶顯示部分的主要任務(wù)是完成開(kāi)關(guān)機時(shí)間的查詢(xún)顯示，在空閑時(shí)顯示當前的系統時(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，片內含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節靜態(tài)RAM。它可通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機進(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，每月的天數和閏年的天數可自動(dòng)調整。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(支持FATl2和FATl6及FAT32文件系統)，而只需要將MCU與模塊通過(guò)SPI接口或者UART通信，通過(guò)執行幾個(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，對于單片機來(lái)說(shuō)，基本不占用單片機系統的存儲空間，只需要幾個(gè)字節的RAM和幾百字節的代碼就可完成。它的串口支持9600、4800和2400bit/s三種波特率的選擇，由于其內置5 V轉3.3 V電路，故可大大簡(jiǎn)化外圍電路的設計。

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1.2 硬件電路設計

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SRAM和64 KB系統內可編程Flash存儲器，而且擦寫(xiě)壽命長(cháng)，可滿(mǎn)足系統要求。ATmega64及其外圍接口電路如圖2所示。

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該儀器的中斷接口電路包括開(kāi)機時(shí)的上電中斷和關(guān)機時(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，輸出接單片機的INT0和非門(mén)的l腳，非門(mén)的2腳接INTl。因此，在開(kāi)機時(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)。

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電源切換電路主要的功能是在系統關(guān)機時(shí)，轉由鋰電池給USB供電并完成數據的保存，其電源切換如圖4所示。圖中，當外部開(kāi)機后，V為高電平使三極管Q2導通，同時(shí)把Q1的基極拉至低電平，使其導通。外部電源V經(jīng)過(guò)二極管D1后(VC)給單片機電路和USB供電。由于程序在初始時(shí)把POWER置高，所以，此時(shí)Q2也是導通的。當系統關(guān)機后，V變成低電平，三極管Q2截止。但是，由于此時(shí)Q3是導通的，所以Q1仍導通，只是此時(shí)是由鋰電池供電來(lái)完成數據的保存，這時(shí)，單片機的定時(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。

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2 系統軟件設計

系統軟件的主要任務(wù)是USB的讀寫(xiě)、液晶的顯示、時(shí)鐘和鍵盤(pán)的編程。PB375A和單片機之間使用串行通信。其中，單片機首先將命令碼和

參數信息發(fā)送給PB375A，由PB375A根據命令信息執行完相應操作，再以中斷方式返回操作狀態(tài)碼給單片機。通信格式包括起始碼(0x3A)、操作碼、數據長(cháng)度和數據包。其主要的操作碼如下：

Ox71：檢測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)字節的地址;

0x7B：以字節為單位返回讀取的數據。

圖5所示是本系統的程序流程框圖。

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2.1 文件新建與數據寫(xiě)入

利用命令CMD_FileCreat可新建文件，文件名應為8+3格式，且必須為大寫(xiě)字母或者數字。

寫(xiě)入數據可通過(guò)命令CMD_ByteWrite來(lái)實(shí)現。

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(cháng)度。另外應特別注意只有關(guān)閉了文件;才默認生成文件，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)始讀數據，則該操作無(wú)效)。

2.2 向已有文件追加數據

向已有文件追加數據時(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)入數據;

CMD_FileClose：關(guān)閉文件。

2.3 寫(xiě)數據操作

寫(xiě)數據時(shí)，首先讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘DSl302的值，以判斷當前時(shí)間是不是每月的1號，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)機次數，然后再新建yy—mm—dd.TXT文件來(lái)保存每次具體的開(kāi)關(guān)機時(shí)間。假如現在是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)數讀取出來(lái)，是0則新建09-11-01.TXT，寫(xiě)入開(kāi)機時(shí)間后，再把開(kāi)機次數的標志位加1，然后再寫(xiě)入文件09-11.TXT。第二次開(kāi)機時(shí)，時(shí)間就直接追加到該文件里。