【文章內(nèi)容簡介】 符號功能介紹引腳符號功能介紹Dig0Dig7LED顯示位驅(qū)動及鍵盤掃描線/RES復(fù)位輸入端，低電平有效SegASegHLED顯示段驅(qū)動及鍵盤掃描線OSC1連接晶體以產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘SDAI2C總線接口數(shù)據(jù)/地址線0SC2連接晶體以產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘SCLI2C總線接口始終線VCC電源正（）/INT中斷輸出端，低電平有效GND電源地 存儲器模塊根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，汽車行駛記錄儀中的數(shù)據(jù)應(yīng)該包括2個(gè)部分：汽車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(存放汽車發(fā)生事故前后的20S時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù))；汽車歷史數(shù)據(jù)(存放360h內(nèi)汽車和司機(jī)的行駛狀況)。 存儲需求分析國標(biāo)要求記錄儀具備車輛行駛速度的測量、記錄、存儲功能。車輛行駛速度數(shù)據(jù)主要由事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)兩部分組成。(1)事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲需求、記錄次數(shù)至少為10次。速度記錄單位為km/h，測量范圍為0km/h~220km/h，測量分辨率等于或優(yōu)于1km/h。需要存儲的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至少應(yīng)該包含以下信息:駕駛員代碼，單獨(dú)存儲，十六進(jìn)制，占用3個(gè)字節(jié)的存儲空間。 時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分、秒)，8421BCD碼，占用6個(gè)字節(jié)。速度，十六進(jìn)制，占用1個(gè)字節(jié)。車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，十六進(jìn)制，占用1個(gè)字節(jié)?？紤]到時(shí)間僅能精確到秒，所以時(shí)間不需要每200ms記錄一次，每5次(1秒)記錄一次時(shí)間。 疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的格式序號123合計(jì)項(xiàng)目名稱時(shí)間速度車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)長度（字節(jié)）6151516根據(jù)疑點(diǎn)數(shù)據(jù)的邏輯格式，可以計(jì)算出每秒事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)占用16個(gè)字節(jié)存儲空間。20秒實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)所需要的數(shù)據(jù)空間：2016=320(字節(jié))(2)行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲需求國標(biāo)規(guī)定無論車輛在行駛狀態(tài)還是停駛狀態(tài)，記錄儀均應(yīng)能提供實(shí)時(shí)時(shí)間對應(yīng)的車輛行駛速度信息。記錄儀應(yīng)能以不大于1分鐘的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲車輛在最近360小時(shí)內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)為車輛在行駛過程中與實(shí)時(shí)時(shí)間相對應(yīng)的每分鐘間隔內(nèi)的平均行駛速度。速度的單位為km/h，測量范圍為：0km/h220km/h，分辨率等于或優(yōu)于1km/h。需要存儲的行駛數(shù)據(jù)包含以下幾組信息：駕駛員代碼，單獨(dú)存儲，十六進(jìn)制，3字節(jié)。時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分)，8421BCD碼，5字節(jié)；速度，十六進(jìn)制，1字節(jié)；里程，8421BCD碼，3字節(jié)。從而可得每一分鐘需要記錄的歷史數(shù)據(jù)為9字節(jié)。本記錄儀中，總共存儲最近360小時(shí)內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此需要的存儲空間為：360609=194400(字節(jié))=189．84375k(字節(jié))。另外，還要存儲數(shù)據(jù)的索引、車輛特征系數(shù)(十六進(jìn)制，3字節(jié))、車輛識別代號VIN(ASII碼，17字節(jié))、車牌號碼(ASII碼，12字節(jié))、車牌分類(ASII碼，12字節(jié))、駕駛員代碼(十六進(jìn)制，3字節(jié))、機(jī)動車駕駛證號碼(ASII碼字符，18字節(jié))、記錄儀主機(jī)可識別的唯一性編號及初次安裝同期(8421BCD碼，5字節(jié))、記錄儀每一次下傳的日期及時(shí)間8421BCD碼，5字節(jié))、每一次上載的日期和時(shí)間(8421BCD碼，5字節(jié))、每一次車輛特征系數(shù)的設(shè)定時(shí)間(8421BCD碼，5字節(jié))等信息。預(yù)計(jì)總的數(shù)據(jù)量將會有200k字節(jié)。 存儲方案選擇為方便敘述，事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)、行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)分別采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)術(shù)語。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存放汽車發(fā)生事故前后的數(shù)據(jù)，主要用于分析事故發(fā)生的原因和事故的責(zé)任；歷史數(shù)據(jù)存放汽車和司機(jī)的行駛狀況，作為事故分析的參考依據(jù)和對汽車、司機(jī)的運(yùn)行狀況考核。本記錄儀需要存儲的數(shù)據(jù)量較大，記錄儀對存儲的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高。本文設(shè)計(jì)的記錄儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲在鐵電存儲器中，歷史數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)閃存中。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)暫存起來，滿一頁時(shí)，再將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到歷史數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，存滿360h數(shù)據(jù)，然后將其重新覆蓋。(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲記錄儀不僅要有較大的存儲空間，并且要求能夠有較快的存取速度，掉電情況下能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行保存。為了保證所有采集的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)的存儲，僅使用Flash存儲器是不行的，因?yàn)樗牟翆懰俣缺容^慢，不能按字節(jié)進(jìn)行擦寫操作。在記錄儀掉電或單片機(jī)任務(wù)繁忙的情況下，會造成車輛行駛信息不能及時(shí)的存儲。因此，需要擴(kuò)展一個(gè)快速的RAM器件作為數(shù)據(jù)緩存。單片機(jī)可以將采集的數(shù)據(jù)及時(shí)保存在緩存中，在空閑周期內(nèi)，將成頁或成塊的車輛行駛數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到Flash存儲器中，充分保證記錄儀的可靠性。目前可滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲方案的非易失性RAM主要有普通靜態(tài)RAM加電池供電、內(nèi)部帶鋰電的非易失性RAM和新型的非易失性FRAM鐵電存儲器三種實(shí)現(xiàn)方式。第一種方案要考慮電池充放電電路、同時(shí)要保證電池電量可靠、安裝穩(wěn)定牢固等因素，使得系統(tǒng)復(fù)雜度增大、可靠性降低；第二種方案RAM價(jià)格昂貴，1K字節(jié)需要15元左右；第三種方案FRAM兼具RAM的快速寫入特性和ROM的非易失性，沒有電池產(chǎn)生的不良因素。鑒于上述要求，本系統(tǒng)選用非易失性串行外圍接口FRAM鐵電存儲器FM25L256，它具有以下顯著特點(diǎn)：工作頻率最高可達(dá)25MHz，存儲空間為32K8bit；無限次的讀寫次數(shù)；快速SPI串行協(xié)議，讀寫數(shù)據(jù)無延時(shí)；掉電保護(hù)，且掉電數(shù)據(jù)可保持45年；先進(jìn)的高可靠性鐵電制造工藝，體積小、抗干擾性強(qiáng)；完善的軟、硬件雙重寫保護(hù)；(2)歷史數(shù)據(jù)的存儲歷史數(shù)據(jù)存儲器的選擇主要滿足存儲空間較大、存放數(shù)據(jù)安全、保存時(shí)間較長等特點(diǎn)即可。嵌入式系統(tǒng)一般不使用硬盤或者軟盤作為存儲設(shè)備，大部分嵌入式系統(tǒng)使用FLASH存儲器來存放數(shù)據(jù)和代碼。對于大容量的非易失性存儲器，通常采用EEPROM或Flash型存儲器，它們不僅可以在掉電的情況下不會丟失所保存的數(shù)據(jù)，并且可改寫的次數(shù)也很大，價(jià)格低廉，其中Flash型器件的擦寫速度更快，可擦寫次數(shù)也比EEPROM高。因此本記錄儀中用Flash型存儲器。Flash存儲器有并行接口方式、SPI接口方式和12C接口方式三種。并行接口方式的Flash占用過多的單片機(jī)I/O引腳，本文設(shè)計(jì)的記錄儀I/O資源緊張；12C接口的Flash只需要兩個(gè)I/O引腳就可以實(shí)現(xiàn)訪問但是其訪問速度比較慢(400Kbps)；SPI總線接口的Flash，需要4個(gè)I/O引腳，其訪問的速度可達(dá)20Mbps。綜上所述，F(xiàn)M25L256很適合應(yīng)用在汽車行駛記錄儀這種要求快速頻繁寫操作的非易失性應(yīng)用場合；SPI接口的閃存AT45DB081B適合本記錄儀的應(yīng)用。采用鐵電存儲器與SPI接口的閃存兼顧按字節(jié)快速寫入速度、較大數(shù)據(jù)存儲空間及掉電不丟失數(shù)據(jù)的需求。 存儲器選型(1)鐵電存儲器FM25L256通過SPI接口與主控芯片通信，在SCK的上升沿接收數(shù)據(jù)，在SCK的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)。將FM25L256的WP腳接高電平、狀態(tài)寄存器設(shè)置為00，不采用硬件寫保護(hù)，這樣就可以對所有存儲空間進(jìn)行寫操作。而且對FM25L256進(jìn)行操作之前，必須向其傳遞一個(gè)操作代碼，以指示FM25L256現(xiàn)在進(jìn)行的是什么操作。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲電路 FM25L256引腳功能介紹引腳符號功能介紹引腳符號功能介紹/CS芯片選擇輸入端SI串行輸入端SCK串行時(shí)鐘輸入端SO串行輸出端/HOLD保持輸入端VDD電源（）/WP寫保護(hù)輸入端VSS接地端(2)閃速存儲器AT45DB08lB是ATMEL公司推出的一款基于Flash技術(shù)的大容量數(shù)據(jù)存儲器，采用2．，管腳(SI、SCK、/CS、/RESET、/WP)支持5V輸入，允許直接5VTTL或COMS電平信號相聯(lián)接，并且與之兼容；AT45DB081B的最大時(shí)鐘頻率可達(dá)20MHz；在系統(tǒng)編程比較簡單，不需要高電壓。AT45DB081B的存儲結(jié)構(gòu)分為主存儲區(qū)、兩個(gè)緩存區(qū)及一個(gè)狀態(tài)寄存器。主存儲區(qū)容量為8,650，752位，被分成10段、512塊和4096頁三個(gè)等級，每頁264字節(jié)。AT45DB081B有段、塊和頁三種操作方式，相關(guān)操作包括讀操作指令、編程擦出指令兩部分。編程操作是基于頁的，可實(shí)現(xiàn)對字節(jié)的讀操作，不支持單字節(jié)的寫操作：支持頁寫、頁擦除操作，擦除操作則可以按塊或頁進(jìn)行。由于MC9S12D64內(nèi)嵌1個(gè)SPI模塊，所以AT45DB081B的硬件電路容易實(shí)現(xiàn)，只需將二者對應(yīng)管腳相連即可。WP為寫保護(hù)引腳，如果將其置低，則AT45DB081B中存儲器的前256頁被寫保護(hù)。如果要對其執(zhí)行寫操作，必須使WP為高。WP引腳在芯片內(nèi)部拉高，如果不使用寫保護(hù)功能該引腳可以懸空。為了提高AT45DB081B的可靠性，/WP端接電源，允許寫。當(dāng)AT45DB081B的CS由高變低時(shí)，芯片啟動一次操作，而當(dāng)CS由低變高時(shí)，終止操作。這時(shí)SI上的任何數(shù)據(jù)都被忽略，S0處于高阻態(tài)。 歷史數(shù)據(jù)存儲電路 AT45DB081B引腳介紹引腳符號功能介紹引腳符號功能介紹/CS片選端/WP寫保護(hù)輸入端SI串行輸入端/RES復(fù)位端SO串行輸出端/RDY/BUSY就緒/忙SCK串行時(shí)鐘輸入端VCC電源GND接地 駕駛員身份識別 國標(biāo)規(guī)定記錄儀應(yīng)能實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T身份記錄功能，應(yīng)能記錄駕駛員代碼和公安交通管理部門核發(fā)的機(jī)動車駕駛證證號。lC卡是汽車行駛記錄儀的重要組成部分，主要用于駕駛員身份識別和存儲汽車的基本數(shù)據(jù)，例如放駕駛員代碼和駕駛證號碼。駕駛員在開車之前插入IC卡，直到離開時(shí)將IC卡拔出，在此期間存儲的駕駛記錄均由該駕駛員產(chǎn)生。 設(shè)計(jì)方案的選擇 目前汽車行駛記錄儀采用的駕駛員身份識別方式主要有：直接輸入識別、非接觸式IC卡識別以及接觸式IC卡識別。方案一：直接輸入式識別。顧名思義就是直接通過按鍵，輸入駕駛員的信息資料來確認(rèn)身份。最常見的是輸入與駕駛證號碼唯一對應(yīng)的駕駛員代碼和密碼，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員身份的識別。直接輸入識別方式開發(fā)簡單，可靠性較高，但也存在著占用CPU引腳多，增大記錄儀體積等缺點(diǎn)。方案二：非接觸式IC卡識別。其讀寫過程通常由非接觸式IC片和讀寫設(shè)備間的無線電波來完成。非接觸式IC卡識別方式操作過程簡單，但是抗干擾能力相對較弱，且成本較高。方案三：接觸式IC卡識別。CPU一旦探測到有IC卡插入則通過卡的I/O口讀取數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行程序的判斷處理。當(dāng)確定為合法的IC駕駛員卡后，再按照協(xié)議讀取駕駛員信息。接觸式IC卡存儲量大，讀寫機(jī)構(gòu)造價(jià)便宜，維護(hù)方便。綜合考慮，此設(shè)計(jì)采用方案三IC卡的方式作為記錄儀主機(jī)的駕駛員身份識別方案。IC卡(Integrated Circuit card)又叫智能卡(smart card)。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域IC卡分為金融IC卡和非金融IC卡；從IC卡的讀/寫方法上來分類有接觸型和非接觸型兩種；根據(jù)IC卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為存儲卡(memory card)、邏輯加密IC卡和CPU卡3種。為了保證駕駛員的信息不被隨意更改，選用西門子公司生產(chǎn)的接觸式邏輯加密卡SLE4442。 電路設(shè)計(jì) SLE4442提供最小10萬次的擦寫次數(shù)，數(shù)據(jù)保存10年，具備12C總線接口。SLE4442存儲器主要由256字節(jié)E2pROM型主存儲器、32位PROM型保護(hù)存儲器和4字節(jié)E2PROM型加密存儲器組成。 IC卡接口電路 SLE4442引腳功能介紹引腳符號功能介紹引腳符號功能介紹VCC工作電壓GND地線RST復(fù)位信號SCL串行時(shí)鐘輸入SDA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出SW2/SW1卡插入測試端單片機(jī)內(nèi)嵌一個(gè)12C模塊，硬件實(shí)現(xiàn)較為簡單，只需把SLE4442的兩線(SCL和SDA)和單片機(jī)對應(yīng)的引腳相連即可，由于SCL和SDA是開漏輸出，所以要加上拉電阻。RST引腳與單片機(jī)l/O腳相連。接觸推拔式IC卡卡座有常開、常閉兩種類型，本文采用常開卡座。IC卡插入方向?yàn)镮C卡觸點(diǎn)面向上，并且觸點(diǎn)端朝前。IC SW腳與單片機(jī)I/O引腳相連，有IC卡插入時(shí)，IC SW為高電平；反之，無IC卡插入。 車載主機(jī)和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定汽車行駛記錄儀應(yīng)同時(shí)配置以下兩種標(biāo)準(zhǔn)接口：USB(通用串行總線)標(biāo)準(zhǔn)接口，建議采用主結(jié)構(gòu)式USB接口；標(biāo)準(zhǔn)RS232CD型9針接口。在具備上述通信接口的基礎(chǔ)上，可以同時(shí)使用其它通信方式。 USB技術(shù)的優(yōu)勢以及USB接口在此設(shè)計(jì)中的應(yīng)用通用串行總線USB技術(shù)具備很多優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備自動被系統(tǒng)識別，自動安裝驅(qū)動程序，系統(tǒng)自行進(jìn)行配置；USB支持熱插拔和即插即用；占用的系統(tǒng)資源少，無總線競爭；速度快： Mbps和12Mbps兩種傳輸速率，比串口快了整整4000倍，比并口也快了400多倍；USB端口支持多個(gè)不同設(shè)備的串聯(lián)，一個(gè)USB口理論上可連接127個(gè)USB設(shè)備；USB事務(wù)處理包括錯(cuò)誤檢測機(jī)制，用以確保數(shù)據(jù)無錯(cuò)誤的發(fā)送；設(shè)備能夠直接由USB總線進(jìn)行供電；支持四種傳輸方式：控制傳輸、中斷傳輸、塊傳輸和同步傳輸。，具體如下：（1）駕駛員身份碼設(shè)置，公司管理人員用計(jì)算機(jī)通過專用軟件，進(jìn)行駕駛員信息數(shù)據(jù)設(shè)置，再輸入移動優(yōu)盤，駕駛?cè)藛T在開車時(shí)將已儲存駕駛員信息的移動優(yōu)盤，插入U(xiǎn)SB接口，優(yōu)盤能由記錄儀自動讀取、分辨駕駛員身份碼。（2）對記錄儀進(jìn)行初始設(shè)置，在汽車行駛記錄儀采集設(shè)置軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置，保存至移動優(yōu)盤，通過權(quán)限命令，記錄儀自動執(zhí)行初始化設(shè)置。（3）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)移，行車后，通過權(quán)限命令可用移動優(yōu)盤采集數(shù)據(jù)，導(dǎo)入桌面管理系統(tǒng)，進(jìn)行分析修正。其數(shù)據(jù)采集過程如下：將汽車行駛記錄儀上位機(jī)目錄中的相關(guān)管理命令復(fù)制到空白優(yōu)盤中，記錄儀將會自動執(zhí)行采集數(shù)據(jù)的命令，把行駛數(shù)據(jù)輸入優(yōu)盤。 USB接口的硬件電路設(shè)計(jì)STM32F103芯片內(nèi)部集成了USB外設(shè)，大大減輕了USB電路的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，只需設(shè)計(jì)USB接口電路，就可以實(shí)現(xiàn)基于STM32F103芯