汽车行驶状态记录仪系统设计

I汽车行驶状态记录仪系统设计摘要汽车行驶状态记录仪是一种安装在汽车上实现类似于飞机“黑匣子”功能的设备，它可以全程记录汽车行驶数据，并通过对所记录的行驶信息数据进行分析,从而对车辆的各种状况予以精确的掌控。本课题主要研究基于单片机的汽车行驶状态记录仪系统设计，实现对汽车行驶过程中实时信息的采集、处理、传送和存储。首先，汽车内部霍尔传感器传过来的一对分差信号经过适当的变换变成一个脉冲信号提供给单片机系统，然后单片机系统将采集到的信息经过适当的运算处理之后存储起来并进行处理。另外，当汽车超速时，系统会发出警报，以提醒司机减速。本课题设计的汽车行驶状态记录仪可有效预防驾驶员违章驾驶、遏制重大交通事故，具有准确性、高效性和易用性等。关键词单片机；记录仪；数据采集；可编程逻辑控制IIABSTRACTVEHICLETRAVELINGDATARECORDERISAKINDOFFACILITYTHATINSTALLATTHEVEHICLEREALIZINGTHEFUNCTIONTHATSIMILARTOAIRPLANES“BLACKBOX”ITCANWRITEDOWNTHEVEHICLETRAVELINGDATAALLTHEWAY,ANDANALYZETHEDATAENTEREDASWELL,THEREBYTOHANDLEALLKINDSOFCIRCUMSTANCESPRECISELYTHATVEHICLEMAYHAPPENTHISTOPICISMOSTLYRESEARCHINGTHESYSTEMDESIGNOFTHEVEHICLETRAVELINGDATARECORDER,WHICHISBASEDONTHEMICROCONTROLUNITMCU,REALIZETHECOLLECTION,TREATMENT,TRANSMISSIONANDSTORAGETOTHEVEHICLESREALTIMEINFORMATIONWHILEDRIVINGFIRST,ADIFFERENTIALSIGNALPASSINGFROMTHEINTERNALHALLSENSOROFTHEVEHICLETHROUGHPROPERTRANSFORMINTOAPULSESIGNALPROVIDINGTOTHEMCUSYSTEMTHENTHESCMSYSTEMWILLGETTHECOLLECTEDINFORMATIONPROPERCOMPUTINGANDTHENSTOREUPASWELLASCONDUCTINGINADDITION,THESYSTEMWILLALARMWHENTHEVEHICLEISSPEEDING,TOREMINDTHEDRIVERTOSLOWDOWNTHEVEHICLETRAVELINGDATARECORDERDESIGNEDTHISTOPICCANEFFECTIVELYPREVENTTHEDRIVERFROMILLEGALDRIVING,CONTAINMAJORTRAFFICACCIDENT,WHICHISACCURACY,EFFICIENCYANDEASEOFUSE,ETCKEYWORDSMCURECORDERDATAACQUISITIONPROGRAMMABLELOGICIII目录1引言12汽车行驶状态记录仪系统的设计方案121功能和技术指标122系统总体结构13系统硬件设计231记录仪的供电232信号采集模块333单片机模块534可编程逻辑器件735日历时钟芯片1036液晶显示模块1337信息的存储154系统软件设计175分析与总结18参考文献19谢辞21咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）11引言汽车行驶状态记录仪是能够记录和再现汽车行驶状态的一种数字式电子记录装置，它可以全程记录汽车的行驶数据，并通过对所记录的行驶信息数据的分析，对车辆的行驶状况予以精确的掌控。汽车行驶状态记录仪可有效预防驾驶员的违章驾驶，降低车辆的交通事故。早在20世纪70年代，欧共体就开始全面强制使用机电模拟式汽车行驶记录仪并使得交通事故率降低了3050。90年代以来，美国、日本、马来西亚、新加坡等国家也纷纷制定汽车行驶记录仪的法规。我国从20世纪80年代开始进行汽车行驶记录仪的研制。2003年4月15日，由公安部有关部门起草、国家标准化管理委员会、国家经贸委审定通过，国家质量监督检查检疫总局发布了汽车行驶记录仪的国家标准GB/T190562003，于2003年9月1日起正式实施。实施对象包括所有的在用车和新车，将逐步由点到面，分批分时的展开1。2汽车行驶状态记录仪系统的设计方案21功能和技术指标汽车行驶状态记录仪包括汽车行驶记录仪的主机和计算机端的数据分析软件这两部分组成。本课题中重点设计汽车行驶记录仪的主机部分。参照汽车行驶状态记录仪的国家标准GB/T190562003的要求，本课题所设计的汽车行驶记录仪主要实现如下功能自检功能；实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能；车辆行驶速度的测量、记录、存储功能；车辆行驶里程的测量、记录、存储功能；驾驶员身份记录功能；键盘操作功能；数据显示；数据通信功能2。22系统总体结构根据记录仪功能要求和工作特点，在设计时主要从运行可靠性、记录数据准确性及数据存储容量三方面考虑。系统的总体设计如图1所示。在图1中，单片机系统是整个系统的核心，通过硬件和内部软件的配合控制整个系统的运行。供电单元的作用是将汽车内部配电模块提供的电压转换成记录仪可以正常工作的电压，这其中为了避免汽车内部电机的干扰，需要进行屏蔽。信号采集模块是指将汽车内部霍尔传感器传过来的一对差分信号经过适当的变换变成一个脉冲信号提供给单片机系统，这其中需要用光耦模块进行隔离，来避免强脉冲信号对电路板的干扰。信息存储是指单片机系统将采集到的信息经过适当的运算处理后存储到IC汽车行驶状态记录仪系统设计2图1汽车行驶状态记录仪系统结构框图智能卡中，IC卡中的信息可以长时间保存，可以用读卡设备读出其中的信息，然后进行分析。键盘输入和液晶显示是常用的单片机输入/输出模块，用户可以输入特定的信息，也可以看到实时的速度、里程及时间等信息，可以做出实时判断。设计这样的单片机系统还要用到可编程逻辑器件，它可以灵活方便地产生译码、控制等信息。3系统硬件设计在确定了系统的总体结构之后，下面开始进行整个系统的硬件设计。31记录仪的供电记录仪需要的是5V供电，而汽车内部产生的供电是12V，所以系统需要供电模块来实现12V5V的电源变换，其工作原理如图2（1）、2（2）所示。图2（1）电源部分原理图87654321U9MC34063VINC191000UC17223GC25102R271KR19100U102955D7FR301L5R722KL8R132KR51KC263300UC271000UC281000UL9GNDVCC供电单元单片机系统汽车内部信号采集超速报警键盘输入液晶显示信息存储可编程控制模块咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）3图2（2）电源部分原理图图2（2）中MC34063是美国AI公司的DC/DC转换控制电路芯片，其输入电压为330V范围之内，内部有16A的峰值电流切换电路，它的工作频率在100HZ100KHZ，器件内部具有比较器、温度补偿电路，以及周期振荡器，它是带有有效电流限制电路的受控周期振荡器。MC34063主要应用于DCDC转换模块，它内部的工作原理如图3所示。图中第五脚是反馈脚，通过电压的反馈控制以确保输出稳定的5V电压3。32信号采集模块对于整个系统来说，获取行驶状态信息是所有的工作前提，系统的首要任务是采集汽车的行驶状态信息，包括速度、里程等。汽车内部有自己的传感器，也就是有现成的信号提供给记录仪。汽车轮子每转一周，会通过车子内部的霍尔传感器送出一对差分信号，此差分信号经过信号采集模块获得一个对应的脉冲信号，通过对脉冲信号计数，以及已知的轮子直径信息计算，得到车子的运行速度，然后根据速度和计时信息就可算出里程4。图3MC34063内部工作原理87654321U9MC34063VINC191000UC17223GC25102R271KR19100U102955D7FR301L5R722KL8R132KR51KC263300UC271000UC281000UL9GNDVCC汽车行驶状态记录仪系统设计4图4信号采集模块原理图信号采集模块的电路原理图如图4所示。图中U8是东芝公司的单光耦芯片TLP5212，实际上它的内部就是两组光敏三极管，如图5所示。光敏三极管是利用硅PN结的光电效应制成的，使用过程中，其基极通常开路，基极集电极产生的光感生电流直接反馈入基极，并被光敏三极管自己所放大，因此光敏三极管的灵敏度比光敏二极管通常要大100多倍。光敏三极管的最大工作频率只有几百KHZ5。记录仪上的5V工作系统是弱点电路，因此汽车内部提供的脉冲信号在送入记录仪之前必须经过光耦隔离的处理。光耦模块主要就是通过电光电的变换将电信号隔离开来的，它可以避免一侧对另一侧产生的干扰。图4中HP和FP是汽车轮子转一周内部提供的分差信号，它在通过信号采集模块后产生SIG信号，以达到状态记录仪系统可以使用的信号；PB为屏蔽线，由它构成了屏蔽网络，有效地屏蔽了汽车电动机等对硬件电路的干扰。通过屏蔽和光耦隔离，得到波形干净的SIG信号，则完成信号采集功能。采集到的SIG信号需要送到可编程逻辑器件中进一步处理，再由单片机系统对处理后的结果进行相应的运算，可以得到速度、里程等状态信息6。图5单光耦芯片TLP521内部工作框图12345678U8TLP521212V_LEDR121KHPL1C11223FPL2PBC10223R213KR1510KR2347KC24102C22104C21104R3210K0V_LR2447KSIGVCCGND咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）533单片机模块对于整个汽车行驶状态记录仪系统而言，单片机模块起到控制和枢纽作用，是其中最重要的部分，其工作原理如图6所示。图中U4为12M晶振，它为单片机提供稳定的12MHZ工作时钟。图6单片机模块原理图图6中U1为AT89S8252，是ATMEL公司的带有8KBFLASH的8位微控制器单片机芯片，它完全与MCS51系列单片机兼容（从指令集到引脚）。和51单片机相比AT89S8252还具有一些增强型的功能，例如它的某些P1口可以配置成特殊的功能来使用。在本课题中将P14、P15、P16和P17配置成SPI（SERIALPROGRAMMINGINTERFACE）接口，因为记录仪最终需要将记录的车辆行驶状态信息存入IC卡，而IC卡是通过SPI口存储的，这也是选用单片机芯片AT89S8252的重要原因之一。SPI接口可以配置成主模式或从模式，配置方法可参照表31。表31P1口配置成SPI接口端口增强功能P10/TP11/TP12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0/VPX1X2RESETP00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27RXDTXDALE/PSENC201U40VCCP101P112P123P134CS5SI6SO7SCK813INT01215CLK14VCC311918HRST9RD17WR1620GND39AD038AD137AD236AD335AD434AD533AD632AD721CSB22CSA2324OE25SPEED26R/W27D/I28A15101130ALE2989S8252U1VCCGNDOUT12MOSCU487GND14VCCR951KR851KVCCINT0GNDS1FUNEARDWRP汽车行驶状态记录仪系统设计6P14SS（主/从模式选择输入）P15MOSI（主模式数据输出/从模式数据输入）P16MISO（主模式数据输入/从模式数据输出）P17SCK（主时钟输出/从时钟输入）由表31可知，主从模式的选取是通过P14脚输入信号的高低来决定的，低电平为从模式，高电平为主模式。在此选用主模式，P1口的57脚作为SPI接口使用，和后文将介绍的IC卡芯片相连7。AT89S8252的P1口剩下的4个引脚用于键盘的设计，原理如图7所示。记录仪的键盘设计比较简单，只用了4个按键，S2表示“”键，用于输入数字；S3表示“”键，用于移位操作；S4表示“CLR”键，用于清除操作；S5表示“ENT”键，用于确认操作8。单片机的复位信号HRST由单片机监控电路产生，如图8所示。监控芯片采用美信公司的MAX707，其1脚MR为手动复位脚，低电平有效，当1脚电压低于08V时，芯片的8脚HRESET（高电平有效）和7脚LRESET（低电平有效）产生复位指示信号。MAX707的PFI和PFO脚是用于检测上电失败（POWERFAIL）的，在此将PFI接VCC，不作使用。MAX707是一款较为简单的单片机监控芯片，不具有看门狗的功能。选用它是因为AT89S8252内部带有看门狗的设计，其内部寄存器WMCON专门用于看门狗和内存的控制，该寄存器的高3位PS2、PS1和PS0用于设置看门狗定时器周期；位0是看门狗使能位；位1用于看门狗定时器的复位。通过AT89S8252内部的看门狗可以防止程序跑飞或进入死锁状态9。单片机的外部中断0由外部按键“FUN”产生，“FUN”是系统的功能键，在汽车到站停车的时候按下此键，然后主屏会显示提示信息，这时可以输入到站站号。图7单片机模块键盘部分原理图图8单片机监控电路原理图P12P13P12P13ENTCLRS3S4S5S2P10P11MRHRESETVCCLRESETGNDNCPFIPFORESET17LRST8HRSTU6MAX707S14GNDVCC2GND3VCC465咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）7单片机的定时中断0由日历时钟芯片DS12877产生，DS12877的23脚是频率可控的方波信号输出脚，方波信号如同时钟信号，它直接和单片机的INT0脚（外部中断0）相连，这样可在单片机程序中定时产生中断，并且定时时间可自行设定。同时此“CLK”信号还提供给可编程逻辑器件作为它内部模块需要的时钟信号。AT89S8252的P0口用做地址数据复用总线AD0AD7，和30脚的ALE输出配合使用，这和普通51单片机的使用方法相同，在此不作详细说明。AT89S8252的P2口用做其他功能。P20脚CSB和P21脚CSA和液晶显示模块接口相连，由单片机控制产生液晶显示模块内部的芯片选择信号；P23脚OE是单片机输出给可编程逻辑器件的，此信号作为可编程器件内部实现的一个计数模块的输出使能脚；P24脚“SPEED”设置为超速信号输出脚，单片机程序根据采集的脉冲信号计算出实时的速度并与设定的速度门限比较，超出就置高，然后超速报警红灯亮；P25脚R/W和P26脚D/I也是提供给液晶显示模块使用的，前者为读/写控制，后者为液晶显示模块内部移位寄存器的数据输入/输出控制信号；P27脚和可编程逻辑器件相连，它主要用于地址译码10。34可编程逻辑器件图9可编程逻辑器件工作原理图I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OVCCVCCVCCVCCI/OI/OI/OI/OI/OI/OGNDGNDGNDGNDINPUT/GCLRNINPUT/GCLKINPUT/OE1INPUT/OE2N/GCLK2TDITDOTCKTMSI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OC301U352315314344273832134568911121410223042GND16AD517AD618AD719A1520SIG21LRST29CS128CLK27RD26WR25CS2244140393736343331U3EPM7032SLC441512345678910VCCR11KR21KR31KR61KTCKGNDTDOTMSTDIGNDHEADER10JP1汽车行驶状态记录仪系统设计8本系统中可编程逻辑器件主要完成的功能包括脉冲信号的计数、定时器和产生芯片选择信号。实现的功能较为简单，使用端口不多，故选用ALTERA公司的EPM7032S44。可编程逻辑器件电路的工作原理如图9所示。可编程逻辑器件设计的常用方法有图形输入法和文本输入法，这里采用了图形输入和文本输入结合的方式，开发工具选用ALTERA公司的开发软件MAXPLUS，设计的GDF文件如图10所示11。图10可编程逻辑器件顶层图形输入设计由图10可知，液晶显示模块和日历时钟芯片的片选信号由读、写信号及最高位地址线A15经过简单的逻辑电路搭建而成，这实际上就是一个地址译码电路。图中另外一部分电路由两个子模块TIMER和SIGCOUNTER构成，它们的作用是对信号采集模块采集到的信号SIG进行计数，结果通过系统的地址/数据复用总线送给单片机处理。TIMER模块用VHDL语言实现，代码如下SUBDESIGNTIMER（CLKINPUTSUOCUNOUTPUT）VARIABLEF30DFFSUOCUNDFFBEGINFCLKCLKSUOCUNCLKCLKFDSUOCUNSUOCUNDF3CLKSUOCUNSIGLRSTAD70SUOCUNOESIGCOUNTER21OUTPUT17AD70CS1CS23INPUTVCCINPUTVCC4WRRDINPUTVCCINPUTVCCINPUTVCCINPUTVCCINPUTVCC7A1513CLK14SIG15LRST16OENOT24NAND21AND22TIMER23OUTPUT8OUTPUT9咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）9ENDTIMER模块的输入信号为日历时钟芯片产生的方波信号，输出为计数模块SIGCOUNTER需要的锁存信号“SUOCUN”。计数模块SIGCOUNTER也采用VHDL编程实现，代码如下SUBDESIGNSIGCOUNTERSIG,LRST,SUOCUN,OEINPUTAD70OUTPUTVARIABLECNT070DFFCNT170DFFREG40DFFTNODE70TRI_STATE_NODEBEGINREG0CLKSUOCUNREG0DREG0REG1CLKOEREG1DREG0REG2CLKSUOCUNREG2DREG0REG3CLKOEREG3DREG0REG4CLKSUOCUNREG4DREG0CNT0CLKSIG/计数CNT1CLKSIGCNT0CLRNLRSTCNT1CLRNLRSTCNT0DCNT01CNT1DCNT11TNODE7TRICNT07Q,OE/三态门TNODE7TRICNT17Q,OETNODE6TRICNT06Q,OETNODE6TRICNT16Q,OE汽车行驶状态记录仪系统设计10TNODE5TRICNT05Q,OETNODE5TRICNT15Q,OETNODE4TRICNT04Q,OETNODE4TRICNT14Q,OETNODE3TRICNT03Q,OETNODE3TRICNT13Q,OETNODE2TRICNT02Q,OETNODE2TRICNT12Q,OETNODE1TRICNT01Q,OETNODE1TRICNT11Q,OETNODE0TRICNT00Q,OETNODE0TRICNT10Q,OEADTNODE/输出END35日历时钟芯片汽车行驶状态记录仪需要对状态发生时所对应的时间信息做相应的记录，以便以后的分析使用，所以需要获取详细的时间信息。文中选用达拉斯半导体公司的芯片DS12887。DS12887是一款实时时钟芯片，内部有锂供电的石英晶振，它可以在无外部供电的情况下将数据保存10年以上。它内部通过计数可以实现时间的记录，时间信息可以详细到时、分、秒、年、月、日，以及星期；时间显示模式可以选择带有“AM”和“PM”指示的12小时模式及正常的24小时模式；芯片可以提供闹钟的设置，在芯片内部有15个字节的时钟和控制寄存器，以及113个字节的通用RAM空间，另外还提供有关于世纪信息的寄存器。DS12887采用的是8位地址/数据复用的总线方法，复用的实现方法和51单图11日历时钟芯片DS12887工作原理图VCCASSQWDSR/AD0MOTAD1AD2AD3AD4AD5AD6GNDAD724VCC23CLK194AD05AD16AD27AD38AD49AD510AD611AD7GND12GND1RD17CS213ALE14VCC18U5DS12887RSTCSWIRQ咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）11片机一样，都是通过锁存信号AS实现地址的锁存，然后通过读、写的时钟配合实现数据的输入/输出。时间和日期等信息存放在芯片内部的固定寄存器中，通过正确的寻址就可以获取需要的时间信息。日历时钟芯片DS12887的工作原理如图11所示。图11中AD0AD7即为8位地址/数据复用总线，它们和单片机AT89S8252的P0口直接相连，AS为锁存输入脚，它和AT89S8252的锁存输出脚ALE直接相连，这样即可实现数据和地址线的时分复用。DS12887有两种工作时序，即MOTOROLA和INTEL时序，由MOT引脚的电平指定。当MOT接高电平时，芯片工作在MOTOROLA总线定时方式；接GND或者悬空则选择的是INTEL总线定时方式。图中选择后者，也就是MOT引脚接GND。在INTEL总线定时方式下，芯片的17脚DS起的是读使能的作用，15脚R/W起的是写使能（低电平有效）的作用。CS是DS12887的片选脚，低电平有效，它由可编程逻辑器件产生，在对DS12887内部空间（如寄存器）操作的时候，可编程逻辑器件会通过所操作的地址产生低电平有效的CS信号输出给芯片DS1288712。图12日历时钟芯片DS12887内部工作原理框图芯片的23脚是方波输出脚SQW，它可以对芯片内部晶振产生的时钟分频得到方波输出，方波的输出频率可通过设置内部的特定寄存器来改变，方波信号也电源切换和写保护总线接口周期振荡/方波选择方波输出寄存器A、B、C和D/8/64/64时钟产生时钟日历更新BCD/二进制增加时钟、日历和报警RAM用户RAM113字节世纪字节CSDSR/WASAD0AD7MOTCSVCCVBATVCCPOKSQWRESET双缓冲IRQVCC汽车行驶状态记录仪系统设计12可作为时钟来使用。芯片DS12887的内部工作原理如图12所示。由图12可知，DS12887内部可看成由电源、时间信息、寄存器和存储器，以及总线接口4部分构成，4部分配合工作，共同实现了芯片的功能。图11中DS12887的方波输出脚SQW用来产生时钟信号。由图12可知，SQW信号是由芯片内部晶振通过多个分频电路分频产生的，SQWE是方波信号的输出使能控制位；寄存器A的低四位RS0RS3是方波信号的输出频率选择位。它们对SQW的操作方法可参见表32。比如要产生频率1MHZ的时钟信号，寄存器的设置为SQWE0；RS30；RS21；RS11；RS00表32SQW输出频率选择表SQWEREGB的BIT3SELECTBITSREGASQW输出频率RS3RS2RS1RS000000NONE00001256HZ00010128HZ000118192KHZ001004096KHZ001012048KHZ001101024KHZ00111512HZ01000256HZ01001128HZ0101064HZ01011320110016HZ011018011104HZ011112DS12887的内存空间为128个字节，且这128个字节都是掉电非易失性的，其空间映射图如图13所示。由图可知DS12887的11个字节专门用于存储实时时间信息，字节0为秒，字节2为分，字节4为时，字节6为星期，字节7为日，咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）13字节8为月，字节9为年，字节50为世纪；4个字节0AH0DH分别为寄存器A、B、C、D，专门用于控制和存放状态信息，剩下的113个字节为用户可以使用的普遍RAM空间。直接对合适的字节地址操作，就可以设定或获取所需要的时间。图13日历时钟芯片DS12887工作原理图DS12887实时时钟芯片可以产生详细的时间和日期信息，可以记录汽车行驶过程中各种状态发生时对应的时间信息，它完全满足系统的功能要求。36液晶显示模块对于现在流行的嵌入式电子产品，如便携式仪表、智能电器，消费类电子产品等，显示输出模块是必不可少的，而在诸多的显示方式中，液晶显示已经成为首选。对于汽车行驶状态记录仪来说，需要液晶显示界面来让用户及时了解汽车行驶过程中的重要状态信息。本文中液晶显示模块LCD（LIQUIDCRYSTALDISPLAY）选用图形液晶显示模块GXM12864，它是一种采用低功耗CMOS技术实现的点阵图形LCD模块，内含KS0108B/HD61202控制器，有8位微处理器接口，通过内部的12864位映射DDRAM（DISPLAYDATARAM）实现128点64点大小的平板显示。该液晶显示模块使用KS0108B作为列驱动器，同时使用KS0107B作为行驱动器。KS0107B不与MPU发生联系，只要提供电源就能产生行驱动信号和各种同步信号，比较简单。GXM12864的内部逻辑电路如图14所示13。秒闹钟秒寄存器D寄存器C寄存器B月世纪年寄存器A日星期时闹钟时钟分闹钟分钟03451213501110987621二进制或BCD输入7F33323151504913000ODOE14字节汽车行驶状态记录仪系统设计14图14液晶显示模块GXM12864内部逻辑电路图在GXM12864中，两片KS0108B的ADC均接高电平，RST也接高电平。CSA跟KS0108B（1）的CS1相连，CSB跟KS0108B（2）的CS1相连，因此CSA、CSB01选通KS0108B（1），CSA、CSB10选通KS0108B（2），为其他值时禁止选通，总线处于高阻态。GXM12864的引脚定义如表33所示。表33GXM12864引脚定义引脚名称引脚定义CSA片选1CSB片选2VSS数字地VDD逻辑电源5VVO对比度调节D/I指令数据通道R/W读/写选择E使能信号，数据在下降沿时被写入LCM；在高电平时被读出LCMDB0DB78位数据线RST复位信号VEE液晶驱动电源A背光正电源端K背光接地端GXM12864共有20个引脚，其中DB0DB7是8位双向数据总线，它的方LCDVGLS1286412864点KS0107B64KS0108B1KS0108B26464VDDVSSV0/CSA/CSBR/WE咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）15向由读写控制脚R/W来决定，高电平为读，此时数据出现在总线上，可以由CPU读走；低电平为写，可以写入8位数据。E为使能信号脚，在E的下降沿，数据被锁存写入KS0108B，在E高电平期间数据被读出。D/I是数据指令选择脚，为高电平表示数据操作，低电平表示写指令或读状态14。GXM12864模块的工作原理如图15所示。图中电位器R10的作用是调节提供给驱动器的供压，从而调节液晶显示的对比度。RST是复位脚，接高电平VCC。数据线DB0DB7和单片机的P0口相连，控制线D/I、R/W和片选线CSA、CSB分别与单片机P2口的6、5、1、0脚相连。列驱动芯片KS0108B与KS0107B配合对液晶屏进行列驱动，可直接与8位微处理器相连。KS0108B驱动器具有如下特点内部有64644096位显示RAM，RAM中每位数据对应LCD屏上一个点的亮暗状态。KS0108B列驱动器，具有64路列驱动输出。KS0108B的占空比为1/321/64。KS0108B内部有输入/输出寄存器，它们相当于是微处理器和内部的显示RAM之间的缓冲器。37信息的存储汽车行驶状态记录仪最终的任务是要将记录下的信息存储到智能IC卡中，以便以后对信息进行分析。IC卡采用符合国际标准的智能卡，文中选用ATMEL公司的AT45D041A。AT45D041A是4M位的串行数据FLASH，采用5V供电，它支持在系统的页编程，删除操作可选择页或块删除，支持SPI接口的读写操作，主要用于数字语言、图像和数据的存储。图15液晶显示模块GXM12864工作原理图VSSKVDDAV0VEED/IRSTR/WCS2ECS1DB0DB7DB1DB6DB2DB5DB3DB4R1010K20191817VCC16CSB15CSA14AD713AD612AD511AD4AD310AD29AD18AD07CS16R/W5D/I43VCC2GND1GXM12864U2汽车行驶状态记录仪系统设计16AT45D041A具有4M位的内存空间，此空间由2048页构成，每页264B，除此以外，它还有两个SRAM数据缓冲，每个缓冲区的大小也是264B，缓冲区的作用使得主内存重新编程的时候允许接受新的数据。AT45D041A的内部结构如图16所示15。图16IC卡芯片AT45D041A内部结构框图与普通FLASH并行的数据接入不同，AT45D041A使用SPI接口串行接入数据，采用简单的串行数据接口可以增加系统可靠性，减小器件的封装，减少引脚数目。IC卡芯片AT45D041A在本文中应用的工作原理如图17所示。SPI接口SCK、SI和SO与单片机AT89S8252的SPI接口相连，AT89S8252的SPI接口工作在从模式，所以P15和SI相连，P16和SO相连。单片机的主从模式选择脚P14和IC卡芯片AT45D041A的CS脚相连，低电平的时候单片机工作在从模式，同时AT45D041A片选有效。AT45D041A的内存空间为4M，共分成三个等级扇区、块和页面。以页为单元，内存中共有2046页，每页264B；以块为单元，内存中共有256块，每块2112B，8页构成一块；以扇区为单元，内存中共有6个扇区，扇区0由8页图17IC卡芯片AT45D041A工作原理图FLASH内存阵列页（264B）BUFFER1164BBUFFER2164BI/O接口WPSCKCSRESETVCCGNDSOSISISCKRSTCSWPVCCGNDSOSI1SCK2LRST3CS4VCC5VCC6GND7SO8AT45D041A咸阳师范学院2011届本科毕业毕业论文（设计）17构成，相当于第0块，扇区1由248页构成，对应第1到第31块，扇区2由256页构成，对应第32到第63块，扇区3、4、5均为512页，每个扇区对应64块的空间。所有对数据FLASH的编程操作都以页为基本单元，而擦除操作可以选择页操作或者块操作。对IC卡的读写操作由主控制器发送指令来实现，由于是串行的接口，一条有效的指令是从CS的下降沿开始的8位指令代码加上后面的目的BUFFER或者主内存的地址。具体实现如下当CS为低电平时，启动SCK时钟控制SI输入脚装载指令代码和操作对象地址，完成一条指令的输入。操作对象的寻址主要包括BUFFER寻址和主内存寻址，BUFFER寻址是通过BFA8BFA09位地址位来定位BUFFER内具体字节的地址，而主内存寻址通过PA10PA0和BA8BA0共9位地址位确定页内具体字节的位置16。上文中提到了AT45D041A内部有主内存空间，以及两个264B的BUFFER，对AT45D041A的操作实际上就是对内部内存空间的操作。由于BUFFER的存在，在读写时可以直接对主内存空间操作，也可以以BUFFER作为缓冲来进行操作。上面介绍的是IC卡芯片的功能及引脚说明，在实际制作PCB版图时，IC卡部分只是一个插座，IC卡插入插座，卡上的智能芯片引脚就和插座的对应引脚连通，这样微处理器就可以通过连接插座来操作IC卡芯片了。4系统软件设计本课题由于系统的功能需求直接明了，所以软件流程也相应清晰，易于设计。设计的软件流程如图18所示。从图18中可以看出，软件的流程是和汽车行驶状态记录仪工作时的工序相对应的。在启动后，液晶显示屏会提示输入站号、车号等信息，用户可以通过键盘输入，汽车开动以后，显示屏会显示汽车实时的速度和所行使的里程信息，在到站以后，用户按下功能键“FUN”则可以输入到站的站号，之后记录下的行驶状态信息被存入到IC卡中。在行使过程中还要判断汽车是否超速，超速要给出报警等指示。可编程逻辑器件对车轮转一周产生的信号进行计数，单片机利用定时中断定期对计数值进行统计计算，从而得到速度等信息，程序中不断将速度值和门限值做比较，如果超过就打开超速报警红灯。除了定时中断以外，本系统还使用了一个外部中断INT0，汽车到站时，用户按下“FUN”键就会触