（通信与信息系统专业论文）基于gbt190562003汽车行驶记录仪的研制.pdf

南京理工大学硕士学位论文 基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 飞 7 6 3 7 1 1 摘要 汽车行驶记录仪是一种对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其 它状态信息进行记录、存储，并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。 我国以法律条文的形式规定长途客车必须安装符合国家标准的汽车行驶记录仪。 国外在记录仪方面的技术虽然比较成熟，但其产品在适用性和价格等方面并不适 合我国国情，而国内在这方面的起步比较晚，因此尽快设计并生产出符合国家标 准的汽车行驶记录仪成为必要。 本文将汽车行驶记录仪整个系统分为记录仪部分和p c 管理软件部分。记录 仪部分采用以微控制器为核心，同时配以时钟芯片、存储器、串口收发器、键盘 显示芯片、u s b 接口芯片以及各种辅助芯片来组成一个嵌入式硬件系统，该部 分固件程序使用k e i lc 进行开发。p c 管理软件部分采用c o m 组件技术，使用 d e l p h i 进行开发。 本文的主要工作包括系统方案的规划与设计、记录仪固件程序的设计和p c 管理软件中部分组件的开发。该产品目前已经通过公安部国家标准检测，并且已 经投入生产和使用。 关键词：汽车行驶记录仪微控制器u s bf a t 文件系统c o m 组件 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仅的研制 a b s t r a c t v e h i c l et m , v e l i n gd a t ar e c o r d e ri sad i g i u ae l e c t r o n i c a la p p a r a t u st h a ti su s e dt o r e c o r ds u c hd a t aa sv e l o c i t y , t i m ea n dm i l e a g ea n dt h ei n f o r m a t i o nr e l e v a n tt ot h e s t a t u so ft h ev e h i c l e a l lo ft h ed a t ac a l lb eo u t p u tt ot h ec o m p u t e rt h r o u g hi n t e r f a c e c h i n al e g i s l a t e st os t i p u l a t et h a te v e r yc o a c hm u s tb ee q u i p p e dw i 廿lt h ev e h i c l e t r a v e l i n gd a t ar e c o r d e rt h a ti su pt ot h es t a t es t a n d a r d s i ns p i t eo fo w n i n gt h e a d v a n c e dt e c h n i q u e ，t h ea b o a r dt r a v e l i n gr e c o r d e r sa r eu n f hf o ro u rc o u n t r yi n a p p l i c a b i l i t ya n dp r i c e i na d d i t i o n ，c h i n ah a sb e e np a y i n ga t t e n t i o nt ot h er e c o r d e r f o ro n l ys e v e r a ly e a r s ，a n dh a sl o n gg a pw i t hw e s t e r nc o u n t r i e s ，s oi ti su r g e n t l y n e c e s s a r yt od e s i g na n dp r o d u c et h ep r o d u c t st h a tc o n f o r mt ot h es t a t es t a n d a r d sa s s o o na sp o s s i b l e t h ep a p e rd i v i d e st h ew h o l es y s t e mi n t ot w op a r t s ；o n ei so nt h er e c o r d e ra n dt h e o t h e ri so nt h er e c o r d e r m a n a g e m e n t s e t , w a r e t h er e c o r d e ri sb a s e do n m i c r o c o n t r o l l e ru n i ta n da l lt h eo t h e rr e l e v a n tc h i p s t h ef l l t i w a r ei sd e v e l o p e db yt h e i n t e g r a t i o nt o o lo fk e i lc t h em a n a g e m e n ts o f t w a r ea r eb a s e do nc o m ，a n d d e v e l o p e db yd e l p h i t h em a i nw o r ko ft h ep a p e ri sm a k i n go u ta n dd e s i g n i n gt h es y s t e mf r a m ea n d p r o g r a m m i n gt oa r r i v ea tt h es y s t e md e m a n d s n o wt h ep r o d u c th a sp a s s e dt h et e s to f s t a t es t a n d a r d s ，a n db e e nu s e db ym a n yv e h i c l ed e p a r t m e n t s k e y w o r d s ：v e h i c l et r a v e l i n gd a t ar e c o r d e r m i c r o c o n t r o l l e ru n i t u s bf a tc o m - i i - 南京理工大学硕士学位论文基于g b 1 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 1 绪论 1 1 汽车行驶记录仪概述 汽车行驶记录仪是一种对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其 它状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。 它的使用对遏止疲劳驾驶和车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行 为、保障车辆行驶安全以及进行道路交通事故的分析鉴定具有重要作用。欧盟、 日本等国家早在7 0 年代就开始以立法的形式在部分客运车辆及货车上强制安装 使用记录仪，我国从8 0 年代后期开始，在少数地区也曾试用过由国内一些科研 机构及企业自主研制的数字记录仪。国内外的使用情况表明，记录仪为国家行政 管理部门提供了有效的执法工具、为道路运输企业提供了管理工具、为驾驶员提 供了其驾驶活动的反馈信息，其使用对保障道路交通安全起到了直接的作用。 近年来随着我国国民经济的快速发展，道路交通事故呈上升趋势，尤其是长 途客运车辆的重、特大道路交通事故频发，给国家和人民生命财产带来了巨大损 失。为此，公安部、交通部、国家安全生产监督管理局于2 0 0 1 年底联合下发了 关于加强公路客运交通安全管理的通告，通告要求：长途客运车辆应当逐步 安装、使用符合国家有关标准的汽车记录仪。同时，为了在全国范围内继续深入 开展预防和减少道路交通事故工作，公安部、国家安全生产监督管理局制定了 ( ( 2 0 0 2 年预防道路交通事故工作方案，其中明确规定对疲劳驾驶、车辆超速等 8 项违章行为进行集中整治。2 0 0 2 年5 月2 4 日交通部下发 2 0 0 2 1 2 2 6 号文关于 继续进行道路危险货物运输专项整治的通知，文中对于从事运输剧毒化学品、 爆炸品等危害性极大的危险化学品的车辆，应安装行驶记录仪或g p s 卫星定位 系统和通讯设备。所有这些在全国范围内引了起极大反响，各省市自治区也纷纷 出台政策。例如据新华社长沙2 0 0 2 年1 2 月2 1 日电，湖南省交管局和省运管局 日前联合做出决定，凡未安装车辆行驶记录仪的跨省大型长途客运车辆、高速公 路客运车辆及危险货物运输车辆一律不准参加2 0 0 3 年春运或者营运，从2 0 0 4 年1 月1 日起，凡未装行驶记录仪的客运车辆一律不准参加营运性旅客运输。同 时中华人民共和国道路交通安全法实施条例第十四条规定：用于公路营运的 载客汽车、重型载货汽车、半挂牵引车应当安装、使用符合国家标准的行驶记录 仪。交通警察可以对机动车行驶速度、连续驾驶时间以及其它行驶状态进行检查。 在这种情况下，尽快设计并生产出符合国家标准的汽车行驶记录仪成为必要。 统计表明使用汽车行驶记录仪能带来的显著的经济效益如下： ( 1 ) 可以高效地对车辆进行合理调度，从而降低其运营成本。 南京理工大学硕士学位论文基于g b 7 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 ( 2 ) 通过各项管理报表，实现对公司员工的绩效考核，建立高效的竞争机制， 提高公司的经济效益。 ( 3 ) 通过改变内部员工驾驶的不良习惯，减少轮胎、刹车片等耗件的损耗， 降低车辆运行、维修成本。 ( 4 ) 通过防止公车私用等现象，杜绝因此而造成的公司资本流失。 使用汽车行驶记录仪同时也提供显著的社会效益： ( 1 ) 提高行车安全，更好的保障社会群众及乘客的生命安全。 ( 2 ) 将可大幅减少车辆违规肇事、废弃物倾倒或司机监守自盗等社会案件。 ( 3 ) 遇到交通事故，记录仪上留下的数据为公安交警部门的事故处理、协助 破案提供了有效的手段和依据。 ( 4 ) 为交通管理部门的车辆检验( 如年检) 提供了更全面的参考数据，使交 管部门的车辆检验工作更加客观、科学。 ( 5 ) 遇到事故意外，有充足的证据来分清肇事责任归属，可作为保险部门进 行理赔的辅助工具。 1 2 汽车行驶记录仪现状 从目前国际汽车行驶记录仪产品来看，技术已经比较成熟。像美国的z e p c o 公司、挪威的t d s 公司等都具备多年的技术开发和项目实施能力，但是其生产的 产品在适用性、价位以及售后服务等方面不太适应我国现阶段的基本国情。而我 国在汽车行驶记录仪的研制和使用上起步比较晚，国内虽然有好多家科研单位和 公司在进行这方面的开发，但由于汽车行驶记录仪国家标准制定得比较晚，而且 记录仪本身所涉及到的技术又比较复杂，因此产品真正能够通过公安部国家标准 检测的公司并不多。而且不同的省市车管部门和汽车生产厂家对汽车记录仪还有 各自的要求，因此某个公司生产的记录仪还不能满足各家单位的需求。 1 3 本文主要工作 针对国内目前的情况，本文在充分理解国家标准的基础上，同时结合多个省 市对汽车记录仪不同的要求，自主研发了一套汽车行驶记录仪。 本文将对系统方案进行规划，对记录仪硬件电路进行设计，同时将完成该系 统全部固件程序和部分p c 管理程序的编写。固件程序实现了两大功能：记录仪 主功能和写移动式存储器( u 盘) 功能。其中主功能又细分为两个功能：记录仪测 速和与此相关的功能；记录仪通过r s 一2 3 2 接口与p c 通信的功能。写移动式存储 器( u 盘) 功能是指记录仪通过u s b 接口将其记录的数据写入u 盘。 本文首先介绍汽车行驶记录仪的主功能。在介绍主功能的时候先介绍实现这 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 些功能所需要的芯片的特性和使用方法，这些芯片包括微控制器w 7 8 e 5 1 6 b ，实时 时钟芯片d s l 7 4 8 7 ，存储器a t 2 9 c 0 4 0 a ，显示键盘输入芯片z l g 7 2 8 9 a ，串口收发 器m a x 2 3 2 以及开关电源调节器l m 2 5 7 6 ；接着介绍实现这些功能的固件程序。在 介绍完主功能之后就介绍写移动式存储器( u 盘) 的功能。首先介绍u s b 接口芯片 s l 8 l i h s ；接着介绍该部分功能所涉及到的协议，协议包括u s b 通信协议和f a t 文件协议；最后介绍实现这些功能的固件程序。对于p c 管理软件部分，本文在 介绍该软件使用的c o m 组件技术的基础上介绍了每个管理模块之间的业务关系 并以图形方式演示了与通信相关的组件。 南京理工大学硕士学位论文 基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 2 汽车行驶记录仪国家标准介绍“ 汽车行驶记录仪是一种对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其 它状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。 我国已经对汽车行驶记录仪制定了相应的国家标准：g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶 记录仪国家标准。下面对该标准进行介绍。 2 1 记录仪功能 根据g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪国家标准，记录仪应具备如下功能 ( 1 ) 自检功能； ( 2 ) 实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能； ( 3 ) 车辆行驶速度和里程的测量、记录、存储功能； ( 4 ) 驾驶员身份记录功能； ( 5 ) 操作及数据显示功能； ( 6 ) 数据打印输出功能； ( 7 ) 数据通信功能。 2 1 1 自检功能 记录仪在通电开始工作时，要求首先进行自检，自检正常后应以绿闪信号或 显示屏显示方式指示工作正常，如有故障应以红闪信号或显示屏显示方式指示故 障信息。 2 1 2 实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能 记录仪要求能够提供北京时间日期和时钟，该日期和时钟被用于为记录仪实 现所有功能( 记录、输出、显示、数据通信等) 标注日期和时间。记录仪应当以年、 月、日或y y y y m m d d 的方式记录实时日期，以时、分、秒或h h ：i i l l n ：s s 的方 式记录实时时钟。 记录仪应能对连续驾驶时间进行记录。 连续记录2 4 h 数据，记录时间允许误差在5 s 以内。 2 1 3 车辆行驶速度和里程的测量、记录、存储功能 记录仪应当能够以不大于o 2 s 的时间间隔持续记录并储存停车前2 0 s 实时 时间对应的车辆行驶速度值及车辆制动状态信号、记录次数至少是1 0 次。速度 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 记录单位是k m h ，测量范围为o k m h 2 2 0 k m h ，测量分辨率等于或优于l k m h 。 无论车辆在行驶状态还是在停止状态，记录仪均应当能够提供实时时间对应 的车辆行驶速度信息。当车速传感器输出的脉冲信号超过l 脉冲秒并且持续5 秒以上时，可以认为车辆是在行驶状态，否则认为车辆是在停止状态。 记录仪应能以不大于l m i n 的时间间隔持续记录并储存车辆在最近3 6 0 个小 时内的行驶状态数据，即车辆在行驶过程中与实时时间相对应的每分钟间隔内的 平均行驶速度值。 记录仪应能持续记录车辆从指定统计时间开始的累计行驶里程。车辆行驶里 程的记录单位是k m ，行驶里程的测量范围是0 9 9 9 9 9 9 9 k m ，分辨率应等于或优 于0 1 k m 。 2 1 4 驾驶员身份记录功能 记录仪应能实现驾驶人员身份记录功能，应能记录驾驶员代码和公安交通部 门核发的机动车驾驶证证号。驾驶员代码为阿拉伯数字，最大长度不超过7 位， 代码设置方法由使用者根据需要自定；在同一记录仪的数据记录中，某一驾驶员 的代码应与机动车驾驶证证号唯一相对应。在每次开车前，驾驶人员应首先确认 自己的代码，确认方式由制造商自定。 2 1 5 操作及数据显示功能 操作按键设置应能满足使用要求，并且应在对应的位置标出各按键名称。仅 使用面板按键应不能对速度、时间、里程等原始数据进行修改和删除。 显示器应符合如下要求： ( 1 ) 显示字符应笔划完整、清晰规范，在使用中不依靠环境光源也能正确读 数； ( 2 ) 显示数据参数时字符高度不小于4 m m ； ( 3 ) 在显示数据参数的同时，应以显示或面板标识的方式清楚表示数据参数 的名称及单位，字符高度不小于3 姗； ( 4 ) 显示器在车辆点火开关通电后应处于工作状态： ( 5 ) 在任意恒定的速度下，车速显示值的变化范围不得超过1 k m h 。 当无按键操作时，可默认显示车辆的实时行驶速度、实时时钟或驾驶员代码。 通过操作按键应能实现如下显示： ( 1 ) 最近1 5 m i n 内每分钟的平均车速记录； ( 2 ) 最近2 个日历天内同一驾驶员连续驾驶时间超过3 h 的所有数据记录； ( 3 ) 车辆特征系数。 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 其它显示参数由制造商根据客户需要自定义。 2 1 6 数据打印输出功能 打印方式： ( 1 ) 数据打印只能在停车状态下进行； ( 2 ) 从打印开始到每分钟平均车速记录内容打印结束，时间不得超过3 0 s 。 ( 3 ) 打印字符字迹应清晰、规范； ( 4 ) 打印字符的高度应不小于2 4 r a m ，宽度应不小于1 l5 m m ； ( 5 ) 打印纸上应留有足够的空白位置供驾驶员或其它人员签名及简单备注之 用。 打印内容： 记录仪至少应能打印输出车牌号码、车牌分类、驾驶员代码、驾驶证号码、 打印实时时间、停车时刻前1 5 m i n 内每分钟的平均车速、疲劳驾驶记录。 2 1 7 数据通信功能 1 通信接口 记录仪应同时配置以下两种标准接口： ( 1 ) u s b ( 通用串行总线) 标准接口，建议采用主结构式u s b 接口； ( 2 ) 标准r s 2 3 2 c d 型9 针接口。 2 下传信息 应能通过通信接口，实现对记录仪中如下参数和信息的输入、设定和储存 ( i ) 车辆识别代号、车牌号码、车牌分类； ( 2 ) 驾驶员代码、驾驶证证号； ( 3 ) 实时时钟； ( 4 ) 记录仪主机可识别的唯一性编号及初次安装日期。 记录仪对每一次下传的日期及时间进行记录和储存。 3 上载信息 应能通过通信接口，向外部设备输出至少包含如下内容的信息： ( 1 ) 实时时钟； ( 2 ) 事故疑点数据； ( 3 ) 最近3 6 0 h 内车辆行驶速度数据； ( 4 ) 对应实时时钟的车辆行驶里程数据； ( 5 ) 车辆识别代号、车牌号码、车牌分类： ( 6 ) 驾驶员代码、驾驶证证号； 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 ( 7 ) 车辆特征系数。 记录仪应对每一次上载的日期和时间进行记录和储存。 2 2 记录仪数据分析软件 记录仪的数据分析软件应全部使用中文接口，并具有一定的兼容性，能在通 用的中文操作系统安装使用。数据分析软件应具有原始数据读取、查询、统计、 图标生成、参数设置和操作权限管理等功能。在采集原始数据后，数据分析软件 应能生成至少如下图表： ( 1 ) 事故疑点数据曲线； ( 2 ) 一般行驶速度记录曲线图； ( 3 ) 数据列表。 2 3 记录仪数据安全性 记录仪应防止数据被更改或删除，应从记录仪硬件和数据分析软件系统两个 方面来实现记录仪数据安全性： 硬件上，应在记录仪上或其它适当的地方采取可靠安全措施( 如铅封) 防止数 据存储器等重要器件被更换。记录仪内车辆行驶速度、里程、驾驶时间等原始数 据不能通过外部设备进行任何修改或删除操作。 分析软件上，对车辆识别号、车辆牌号、车牌分类、车辆特征系数、驾驶员 代码、驾驶员号码等重要参数，一般情况下应设置为只读，不能更改和删除。在 记录仪初始化调试、校准、维修或其它特殊情况下需对上述重要参数进行设置操 作时，需经操作授权。 2 4 记录仪气候环境和机械环境适应性 1 气候环境适应性 记录仪在承受各项气候环境试验后，应无任何电气故障，机壳、插接器等不 应有严重变形；其记录功能、显示功能、打印功能等应保持正常；试验前存储的 数据不应丢失或改变。 2 机械环境适应性 记录仪在承受各项机械环境试验后，应无永久性结构变形：零部件应无损坏： 应无电气故障，紧固部件应无松动现象，插头、通信接口等接插件不应有脱落或 接触不良现象；其记录功能、显示功能、打印功能等应保持正常；试验前存储的 数据不应丢失。 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 2 5 记录仪抗干扰性 记录仪在进行汽车点火干扰时，不应出现异常现象，记录功能、显示功能和 打印功能应正常。 静电放电抗扰度试验等级为3 级，试验中及试验后记录仪不应出现电气故 障，数据记录功能正常，储存的数据不应丢失或发生变化；在试验中允许显示器 和打印机出现功能异常现象，但在试验结束后功能应恢复正常。 射频电磁场辐射抗扰度试验等级为3 级，试验中及试验后记录仪不应出现电 气故障，数据记录功能正常，储存的数据不应丢失或发生变化：在试验中允许显 示器和打印机出现功能异常现象，但在试验结束后功能应恢复正常。 南京理工大学硕士学位论文基于g b 11 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 3 汽车行驶记录仪主功能的实现 随着微控制器( 单片机) 硬件性能的提高，单片机的程序设计语言从汇编语言 过渡到高级语言c 已成为时代的潮流。作为一种交叉编译器的k e i lc ，能够把 在w i n d o w s 环境中用c 语言编写的源程序编译成能在以c 5 1 为内核的单片机中运 行的程序。本项目中记录仪国件程序的开发就是利用k e i lc 进行的。 3 1 记录仪的总体结构介绍 根据国家标准设计的汽车行驶记录仪由微控制器、数据存储器、时钟芯片、 显示屏、操作面板、r s 一2 3 2 接口( 用于p c 通信和打印) 和u s b 接口等组成。 系统总体框图如图3 1 1 ： 图3 1 1 系统总体框图 本记录仪每隔0 2 s 对8 路数字信号和1 路脉冲信号采集一次，采集频率由 时钟芯片控制。8 路数字信号由用户自己定义，一般情况下8 路数字信号包括： 汽车前大灯信号、汽车后大灯信号、汽车前左灯信号、汽车前右灯信号、汽车后 左灯信号、汽车后右灯信号、汽车车门开关信号、汽车刹车信号。这些数字信号 经过光耦隔离和7 4 a l s 5 7 3 锁存后送入微控制器的p o 口。1 路脉冲信号是通过车 速传感器将速度信号以脉冲形式输入，经比较器l m 3 9 3 送至光隔再送到反相器 7 4 l s 0 4 ，最后送到微控制器的1 0 、t 1 和i n t 0 口。 采集的信号经过处理后，送入a t 2 9 c 0 4 0 a 数据存储器中予以保存。该芯片具 有掉电数据不丢失的特性。通过p c 机可以读取数据存储器和时钟芯片里的数据 以及对时钟芯片里某些单元进行设值；使用u s b 接口可以将数据存储器和时钟芯 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 片里的数据写入u 盘；通过打印机可以打印出国标要求的数据。 汽车行驶记录仪写移动式存储器( u 盘) 的功能比较复杂，故单独用一章来介 绍，具体内容见第四章。 3 2 记录仪中主要器件介绍 3 2 1 微控制器w 7 8 e 5 1 6 b w 7 8 e 5 1 6 b 微控制器是采用先进的c m o s 工艺制造的8 位微控制器，指令系统 与8 0 6 1 单片机完全相同，是一款功能强大，经济有效的微控制器。w 7 8 e 5 1 6 b 所 具有的特性： ( 1 ) 全静态8 位c m o s 微控制器，最大支持4 0 m h z ： ( 2 ) 6 4 k 字节的可在系统中编程的内部r o m ，用于存放应用程序； ( 3 ) 4 k 字节的辅助r o m ，用于存放加载程序； ( 4 ) 5 1 2 字节的内部r a m ，其中包括2 5 6 个字节的辅助r a m ，该空间需要通过 程序选通后才能使用； ( 5 ) 6 4 k 字节的程序存储空间和6 4 k 的数据存储空间； ( 6 ) 4 个8 位的双向输入输出端口； ( 7 ) 一个4 位的多用可编程端口； ( 8 ) 3 个1 6 位的定时器计数器； ( 9 ) 1 个全双工串口： ( 1 0 ) 6 个中断源，包含两级中断； ( 1 1 ) 内建电源管理： ( 1 2 ) 代码保护； 选用w 7 8 e 5 1 6 b 的原因除了其能满足系统所需要的功能外，更主要是因为芯 片内部提供了2 5 6 个字节的辅助r a m 空间。由于程序在运行期间需要大量的数据 空间，该2 5 6 个字节能够满足程序( 除写u 盘的程序) 运行的需要。 访问2 5 6 个字节的辅助r a m 空间，需要在使用该空间前设置相应的寄存器( 这 些寄存器是w 7 8 e 5 1 6 b 特有的) ，程序如下： e x t e r nv o i do p e n x d a t a 0 c h p e n r = o x 8 7 ： c h p e n r = o x 5 9 ： c h p c o n = o x i o ： ) 在使用完2 5 6 个字节的辅助r a m 空间，必须及时关闭这个空间，即将相应的 寄存器清零，程序如下： 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 e x t e r nv o i dc l o s e _ x d a t a 0 c h p c o n = o x 0 0 ： c h p e n r = o x 0 0 ： ) 3 2 2 实时时钟芯片d s l 7 4 8 7 d s l 7 4 8 7 是款实时时钟芯片，内部带有非易失性r a m ( 包括1 4 个字节的时 钟日历寄存器、1 1 4 个字节的用户空间和4 k 字节的附加空间) ，采用双列直插 d i p 封装，即使在没有电源的情况下，它内置的电池也可以保证它正常工作l o 年。它有一个可编程的方波输出口，通过编程，可实现周期从3 9 0 6 2 5 m s 到5 0 0 m s 的共1 5 种方波输出。 1 芯片选用原因 选用d s l 7 4 8 7 可以通过s q w 引脚输出周期为6 2 5 m s 的周期方波，3 个周期 接近0 2 s ，因此可以通过该管脚信号来控制系统对速度量的采集频率。此外该 芯片还带有1 1 4 字节的用户空间，可以用来存放一些程序运行的中间变量：4 k 字节的附加空间，可以用来存储通过测量所得到的有关汽车状态的数据。当该空 间写满之后，程序就将该空间的数据写入到数据存储器a t 2 9 c 0 4 0 a 中。这样就可 以减少数据存储器的擦写次数。 2 芯片使用介绍 d s l 7 4 8 7 提供两种功能模式：一是基本功能模式；二是扩展功能模式。两种 功能模式的区别在于：在基本功能模式下，“4 个字节的用户空间可以全部被用 户使用，但无法使用4 k 字节的扩展空间；在扩展功能的模式下，1 1 4 个字节的 用户空间中低5 0 个字节空间用户无法使用，但4 k 字节的扩展空间可以使用。两 种模式下都含有4 个通用控制寄存器，在扩展功能模式下还包括2 个扩展功能寄 存器。4 个通用控制寄存器的地址从地址映像图中可以看到，2 个扩展功能寄存 器地址的偏移量为o x 4 a ，o x 4 b ，但是这两个寄存器只有当d s l 7 4 8 7 工作于扩展 功能模式下才存在。 1 4 个时钟日历寄存器和1 1 4 个字节的用户空间的地址映射如图3 2 2 1 ： 南京理工大学硕士学位论文 基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 图3 2 2 1 地址映射 下面分别介绍4 个通用寄存器和2 个扩展功能寄存器 m s b 通用控制寄存器a ( r e g i s t e ra)lsb b i t7b i t 6 b i t 5b i t 4b i t 3b i t 2 b i tlb i t 0 | u 1 p d v 2d v ld v 0r s 3r s 2 r s lr s 0 u i p ( u p d a t ei np r o g r e s s ) ：这是一个只读的状态位。为l 时，d s t 7 4 8 7 将 更新日历时钟寄存器的值；为0 时，表示在至少2 4 4 u s 内不会有更新日历时钟 寄存器豹值。在这段时间内读取的日历时钟寄存器的值是准确的。 d r 2 ：倒计时链使能位。为i 时复位倒计时链；为0 时启动倒计时链。 d v l ：晶振使能位。为1 时启动晶振；为0 时关闭晶振。 d v o ：功能模式选择位。为1 时使用基本功能模式；为0 时使用扩展功能模 式。 r s 3 ，r s 2 ，r s l ，r s o - 控制s q w 管脚输出方波的周期。 m s b 通用控制寄存器b ( r e g i s t e rb)lsb b i t7b i t 6b i t5b i t 4 b i t 3lb i t 2b i t lb i to s e tp i ea i eu i e s q w eld m 2 4 1 2d s e s e t ：日历时钟寄存器更新允许控制位。为1 是禁止任何更新：为0 时 允许芯片每隔1 秒钟更新一次。 p i e ：周期性中断使能位。为1 时允许中断；为0 时禁止中断。 a i e ：报警中断使能位。为1 时允许中断；为0 时禁止中断。 u i e ：日历时钟寄存器更新结束中断使能位。为i 时允许中断；为0 时 禁止中断。 南京理工大学硕士学位论文 基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 s q w e ：方波输出使能位。为l 时允许s 0 w 引脚方波输出；为0 时禁止方 波输出。 d m ：日历时钟寄存器数据类型设置位。为1 时是二进制；为0 时是b c d 码。 2 4 1 2 ：曰历时钟寄存器2 4 1 2 小时控制位。为1 时是2 4 小时模式；为 0 时是1 2 小时模式。 d s e ：夏时制使能位。该位为1 时允许夏时制；为0 时禁止夏时制。 m s b 通用控制寄存器c ( r e g i s t e re只读)lsb b i t 7b i t6b i t5b i t 4b i t 3 b i t2 b i tlb i to i r q f p fa fu fo000 i r q f ：中断请求标志位。产生任何一个中断时该位置1 。 p f ：周期性中断标志位。周期性中断产生时该位嚣1 。 a f ：报警中断标志位。报警中断产生时该位置1 。 o f ：日历时钟寄存器更新结束中断标志位。更新结束中断产生时该位置1 。 m s b 通用控制寄存器d ( r e g i s t e rdin,读)lsb v r t 0000000 li v r t ：电池状态标志位。该位在出厂时置为1 ：如果读出为0 ，说明内部的锂 电池已经耗尽，此时r a m 单元中的内容已不可信。 m s b扩展功能寄存器4 a ( e x t e n dc o n t r o lr e g i s t e r4a)lsb b i t7b i t 6b i t5b i t 4b i t 3b i t2b i tlb i t0 v r t 2n 畸c rb m ep a bi 强w fk f v r t 2 ：电池状态标志位，只读。该位在出厂时标志为1 ；如果读出为o ，说 明内部的锂电池已经耗尽，此时r a m 单元中的内容已不可信。 i n c r ：日期时间更新状态位。为1 时，准备更新日期和时间；为0 时，日期 时间更新完毕。 b m e ：突发模式使能位。为l 时，数据存储采用突发模式；为0 时，数据存 储采取正常模式。 p a b ：电源激活状态位。为0 时，p w r 管脚有效；为1 时，p w r 管脚无效。 r f ：r a m 清空标志位。管脚r c l r 由高电平转向低电平时，该位置l 。 w f ：唤醒报警标志位。唤醒条件出现时，该位置1 。 k f ：备用电池使用标志位。使用备用电池时，该位置1 。 南京理工大学硕士学位论文 基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 m s b 扩展功能寄存器4 b ( e x t e n dc o n t r o lr e g i s t e r413)lsb b i t7b i t6b i t5b i t 4 b r r3b i t 2b i t lb i t o a b ee 3 2 k c s r c ep r sr i ew k s e a b e ：备用电池使能位。为1 时，允许使用备用电池。 e 3 2 k ：允许3 2 。7 6 8 k h z 的频率输出位。为1 时，将在s q w 弓i 脚输出该频率。 c s ：晶振选择位。在d s l 7 4 8 7 中该位必须是0 。 r c e ：r a m 清除允许位。为1 时，允许使用管脚琵瓦r 来清空用户1 1 4 个字节 的r a m 。 p r s ：p a b 复位选择位。为0 时，当d s l 7 4 8 7 电源失效，p w r 管脚出现高阻状 态：为1 时，当d s l 7 4 8 7 电源失效，而瓦管脚仍处于活动状态( 低电平) 。 r i e ：r a m 清除中断允许位。为l 时，当r a m 被清空后，丽管脚将呈低电平。 w l e ：唤醒中断报警允许位。当没有v 。电压且w l e 为l ，出现唤醒条件时， 丽管脚将变为低电平；当v 。恢复正常时，i 丽管脚将出现低电平。 k s e ：使用各用电池中断允许位。当没有电压且k s e 为l ，使用备用电池 时，一p w r 管脚将变为低电平，同时k f 位将被置1 ；当v c c 恢复正常时，丽管脚 将出现低电平。 对于用户空间的存储单元，可以直接读写里面的数据。读数据和写数据方法 一样。例如要读取时钟芯片里的时间，程序如下： c h a ry e a r ，m o n t h ，d a y ，h o u r ，m i n it e ，s e c o n d ： p l = o x 3 f ：选通d s l 7 4 8 7 d s t 7 4 8 7 一a d d r e s s = o s l 7 4 8 7 0 0 ： 赋初始地址 y e a r = * ( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 0 9 ) ： 读取年 m o n t h = * ( d s l7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 0 8 ) ：读取月 d a y = * ( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x o ? ) ： 读取日 h o u r = * ( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 0 4 ) ： 读取时 m i n i t e = * ( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 0 2 ) ： 读取分 s e c o n d = * ( d s t 7 4 8 7 _ a d d r e s s + o x 0 0 ) ：读取秒 对4 k 字节的扩展空间用户是无法直接读写的，只能采取间接读写方式，同 时可以采用突发模式，即给定一个起始地址就可以读取该地址及其后多个连续单 元中的数据。例如要读取扩展空间0 x 0 3 4 0 单元中以及其后2 个单元的数据，程 序如下： c h a ri ，j ，k p l = o x 3 f ：选通d s l 7 4 8 7 d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s = d s l 7 4 8 7 0 0 ： 赋初始地址 “d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 5 0 h ) = o x 4 0 ： 写入指定单元的低地址 “d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 5 1 h ) = o x 0 3 ： 写入指定单元的高地址 南京理工大学硕士学位论文 基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 i 一( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + 0 x 5 3 h ) ： 读取0 x 0 3 4 0 单元中数据 j 一( d s i 7 4 8 7 一a d d r e s s + 0 x 5 3 h ) ： 读取0 x 0 3 4 1 单元中数据 k 一( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 5 3 h ) ： 读取0 x 0 3 4 2 单元中数据 1 从上面的程序中可以看出，要读取4 k 空间的某个单元中的值，必须先将地 址的低8 位赋给时钟芯片的o x 5 0 单元，再将地址的高8 位赋给时钟芯片的o x 5 1 单元，这是时钟芯片里0 x 5 3 单元就是要读出的值。写数据到4 k 空间的方法和读 4 k 空间数据的方法是一样的。 在系统上电时，首先必须初始化d s l 7 4 8 7 ，初始化程序如下： v o i dd s l 7 4 8 7 一i n i t0 p l = o x 3 f ：选通d s l 7 4 8 7 d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s = d s l 7 4 8 7 一0 0 ： 赋初始地址 $ ( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + l o ) = o x 3 c ： 设置寄存器a ( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + 1 1 ) = o x 8 a ： 设置寄存器b ( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 4 a ) = o x a o ：设置扩展寄存器a ( d s l 7 4 8 7 一a d d r e s s + o x 4 b ) = o x 0 0 ：设置扩展寄存器b p l = o x f f ： ) 给寄存器a 赋值的结果是使得d s l 7 4 8 7 工作在扩展功能模式下，且s o w 管脚 输出周期为6 2 5 m s 的方波信号。 给寄存器b 赋值的结果是允许s q w 管脚输出周期方波，采用2 4 小时非夏令 时的时间格式，且数据以b c d 码的形式存在。不产生周期性中断、报警中断和日 历时钟寄存器更新结束中断。 给扩展寄存器a 赋值的结果是对d s l 7 4 8 7 中的数据单元访问采用突发模式。 给扩展寄存器b 赋值的结果是不允许使用r c l r 管脚来清空内部r a m ，不使 用备用电池，不让系统响应唤醒中断和使用备用电池产生的中断，不让s q w 引脚 出现3 2 7 6 8 k h z 的频率输出。 3 2 3 存储器a t 2 9 c 0 4 0 a a t 2 9 c 0 4 0 a 是一款a t m e l 公司研制的闪速内存。它共有2 0 4 8 个扇区，每个 扇区包含2 5 6 个字节，存储容量为5 1 2 k 字节。每次读写的最小单位是个扇区。 使用5 v 单一电源供电，读写操作使用同一电源，省去了1 2 v 的编程电源v p p 。 为了避免因人的疏忽或者系统上电、掉电等因素引起对闪速内存的误写操作， a t 2 9 c 0 4 0 a 设置了软件数据保护s d p ( s o f t w a r ed a t ap r o t e c t i o n ) 功能。 1 芯片选用原因 由于汽车行驶记录仪要记录大量的数据，数据量至少达到3 2 k ，但这些数据 并不需要经常访问，一般只是在写u 盘和r s 一2 3 2 通讯时才用到这些数据。采用 南京理工大学硕士学位论文基于g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪的研制 a t 2 9 c 0 4 0 a 可以满足系统的要求。它能够提供5 1 2 k 字节的空间，即使将来系统 需要更大的存储容量，a t 2 9 c 0 4 0 a 也自够满足要求。 2 芯片使用介绍 因为a t 2 9 c 0 4 0 a 闪速内存设置了软件数据保护s d p 功能，因此往其中写入数 据前，必须按一定的顺序送入3 个字节的命令码，然后才能写入数据，否贝扩任何 数据都不能被写入，具体程序如下： p l = 0 x 5 f ；选通a t 2 9 c 0 4 0 a f l a s h a d d r e s s = 0 x 5 5 5 5 ： * f l a s h _ a d d r e s s = 0 x a a ； 往指定单元0 x 5 5 5 5 中写o x a a f l a s h a d d r e s s = o x 2 a a a ； * f l a s h _ a d d r e s s = o x 5 5 ： 往指定单元o x 2 a a a 中写0 x 5 5 f l a s h a d d r e s s = 0 x 5 5 5 5 ： * f l a s h _ a d d r e s s = o x a o ：往指定单元0 x 5 5 5 5 中写o x a o 接着就可以往存储器中写数据了 读数据并不需要上面的过程，