基于AVR單片機(jī)的自行車行車記錄儀，包括軟硬件具體

2.3 實現(xiàn)的主要功能

顯示實時速度和平均速度

顯示總里程和單次行車?yán)锍?p>顯示時間和溫度

節(jié)電保護(hù)

行車信息存儲

用戶菜單UI界面

時間修改

輪徑設(shè)置，里程設(shè)置，等一些參數(shù)的設(shè)置

打印行車記錄統(tǒng)計信息

貪吃蛇小游戲

3. 硬件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 主控板

主控板主要包括：CPU，Atmega64;時鐘芯片，DS1302;存儲芯片，24LC64;JTAG在線仿真接口;中斷獨(dú)立按鍵模塊;LED調(diào)試電路;12864液晶顯示接口;DS18B20溫度傳感器接口;霍爾傳感器接口;打印機(jī)驅(qū)動板接口。

對單片機(jī)的選擇主要有以下要求：

在存儲方面，使用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM存儲器，該小存儲器走的是IIC總線模式，雖然可以用一般的單片機(jī)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(jī)，這個一般的51單片機(jī)已經(jīng)不能滿足，所以需考慮其它單片機(jī)。

時鐘模塊，用的是達(dá)拉斯的DS1302芯片，只需普通的端口操作就能完成。

打印機(jī)模塊，有下面的打印機(jī)實現(xiàn)原理可知，我們必須選擇具有雙邊沿觸發(fā)的單片機(jī)，有這個功能的單片機(jī)ATMEL的AVR系列的中高端單片機(jī)能滿足，比如Atmega64及以上的單片機(jī)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(shè)，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。

由以上幾點(diǎn)分析，這里我選擇了ATMEL公司的AVR系列單片機(jī)Atmega64，該款單片機(jī)價格便宜，功能強(qiáng)大，能滿足上面幾點(diǎn)的全部要求。

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

主控系統(tǒng)的核心如圖3.1所示。

圖3.1 核心板最小系統(tǒng)

3.2 霍爾傳感器

霍爾傳感器是實現(xiàn)行車記錄儀最核心的部件，記錄儀的核心記錄參數(shù)(車速)，便是由霍爾傳感器實現(xiàn)的，所以在制作霍爾傳感器時必須嚴(yán)格把關(guān)。

3.2.1霍爾傳感器工作原理

霍爾傳感器，顧名思義，利用的是霍爾效應(yīng)。

霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場中運(yùn)動時，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場和電流強(qiáng)度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導(dǎo)電過程的不僅有帶負(fù)電的電子，還有帶正電的空穴。

本記錄儀中使用的霍爾元件A3144E正是利用這一效應(yīng)而產(chǎn)生的。其實物結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示

圖3.2 霍爾元件結(jié)構(gòu)圖

霍爾元件工作原理：實物結(jié)構(gòu)圖如上圖3.2所示，3腳為信號腳，1腳和2腳分別接電源和地。在沒有經(jīng)過磁場時，輸出為高電平，當(dāng)磁場漸漸變強(qiáng)時，則輸出的電平會漸漸變低，當(dāng)磁場周期性的出現(xiàn)時，在輸出腳便會出現(xiàn)一個正弦波電壓，霍爾元件信號輸出如圖3.3所示

圖3.3 霍爾元件信號輸出

3.2.2 霍爾傳感器改良

如上圖3.3所示在周期性磁場的作用下，霍爾元件，A3144E輸出的是一個周期性的正弦波，而單片機(jī)能識別的只是1或0的高低電平，如果把這個信號直接接單片機(jī)則有很多缺點(diǎn)：

單片機(jī)無法識別該信號除了高電平和低電平時的電平

霍爾元件靈敏度低，只有在磁鐵靠的很近的時候才有反應(yīng)

針對以上缺點(diǎn)，需要對霍爾傳感器進(jìn)行改良，目的為了提高靈敏度和改善輸出波形，改良的電路圖如圖3.4所示

圖3.4 改良的霍爾傳感器

工作原理：改良的霍爾傳感器如上圖3.4所示，在沒有磁場的情況下，3144輸出高電平，則運(yùn)算放大器輸出低電平，當(dāng)經(jīng)過磁場時，3144輸出電平漸漸變低，當(dāng)電平低于放大器負(fù)極時則放大器輸出低電平，從而通過單片機(jī)采集這個低電平信號。

由以上工作原理可知，可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R3，從而來調(diào)節(jié)觸發(fā)電平。并且通過點(diǎn)亮燈LED1來指示信號的輸出。

改良后的霍爾傳感器信號輸出波形如圖3.5所示

圖3.5 霍爾傳感器輸出信號

霍爾傳感器信號輸出如上圖3.5可知，經(jīng)過改良后的霍爾傳感器能輸出一個單片機(jī)能識別的方波，并且可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R3來調(diào)節(jié)傳感器的觸發(fā)電平，同時通過指示燈LED1來指示信號的輸出，最主要達(dá)到了增強(qiáng)信號的可處理性的目的。

3.3 打印機(jī)

打印機(jī)在打印的時候需要大電流提供，而單片機(jī)的IO管腳最多只能提供20mA的電流，所以打印機(jī)在打印之前需要有額外的驅(qū)動電路來提供打印需要的電流。打印機(jī)實物接口如下圖3.6所示

圖3.6 打印機(jī)實物接口

其中的信號接口如圖3.7所示

圖 3.7 打印機(jī)信號接口

打印機(jī)電機(jī)驅(qū)動如下圖 3.8所示，打印機(jī)主要信號包括，電機(jī)驅(qū)動信號：Motor(+)，4個打印針驅(qū)動信號：(6,7,8,9)。