基于AVR单片机的智能信息记录仪设计

0 引言
    随着计算机技术的发展，对各种仪器的使用情况的监控也越来越智能化。针对目前市场上时间记录仪成本高、可扩展性差、存储容量小、编程复杂等缺点，本文通过以AVR单片机为核心控制器，以高亮度液晶为显示器，以USB移动硬盘为存储设备，设计了一种智能时间记录仪。

1 系统硬件设计
1．1 系统总体组成
    智能信息记录仪由单片机、电源、液晶显示、键盘输入和USB模块几部分组成，其系统组成结构框图如图1所示。系统中的电源包括外部
电源和锂电池。开机后，系统主电源一边给电路供电，一边对锂电池充电。关机后，则由锂电池给USB供电完成数据的保存。液晶显示部分的主要任务是完成开关机时间的查询显示，在空闲时显示当前的系统时间。时钟模块使用的是DSl302芯片，它是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，片内含有一个实时时钟／日历和31字节静态RAM。它可通过简单的串行接口与单片机进行通信，实时时钟／日历电路可提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。USB模块采用的U盘读写芯片PB375A是一个比较简单的U盘读写解决方案。使用它无需了解繁琐的USB HOST底层协议和FAT文件系统(支持FATl2和FATl6及FAT32文件系统)，而只需要将MCU与模块通过SPI接口或者UART通信，通过执行几个简单命令，便可完成文件的新建、读写、删除等功能，使用十分简单方便。另外，对于单片机来说，基本不占用单片机系统的存储空间，只需要几个字节的RAM和几百字节的代码就可完成。它的串口支持9600、4800和2400bit／s三种波特率的选择，由于其内置5 V转3．3 V电路，故可大大简化外围电路的设计。

1．2 硬件电路设计
    该信息记录仪器采用一款高性能低功耗的处理器ATmega64作为中央控制器，它的工作电压为3．3 V，具有丰富的内部资源：包括53个可编程的I／O口、7个外部中断、2个16位定时器、2个8位定时器、4 KB的片内SRAM和64 KB系统内可编程Flash存储器，而且擦写寿命长，可满足系统要求。ATmega64及其外围接口电路如图2所示。

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    该仪器的中断接口电路包括开机时的上电中断和关机时的掉电中断，它们都由光电耦合芯片6N137和非门74LVT04组成，图3所示是其中断电路。电源VC经过7805后接到光耦的输入端，输出接单片机的INT0和非门的l脚，非门的2脚接INTl。因此，在开机时，光耦输入端Vin+为高电平，输出端Vo为低电平，故产生上电中断(INT0)；而关机时，光耦的输入是低电平，而输出为高电平。故在经过非门2脚后，输出低电平以产生掉电中断(INTl)。

    电源切换电路主要的功能是在系统关机时，转由锂电池给USB供电并完成数据的保存，其电源切换如图4所示。图中，当外部开机后，V为高电平使三极管Q2导通，同时把Q1的基极拉至低电平，使其导通。外部电源V经过二极管D1后(VC)给单片机电路和USB供电。由于程序在初始时把POWER置高，所以，此时Q2也是导通的。当系统关机后，V变成低电平，三极管Q2截止。但是，由于此时Q3是导通的，所以Q1仍导通，只是此时是由锂电池供电来完成数据的保存，这时，单片机的定时器l开始工作，并在延时10 s后，使POWER的输出为低电平，从而使Q3关断，并最终使Q1的基极变高，整个记录仪关闭。

2 系统软件设计
    系统软件的主要任务是USB的读写、液晶的显示、时钟和键盘的编程。PB375A和单片机之间使用串行通信。其中，单片机首先将命令码和
参数信息发送给PB375A，由PB375A根据命令信息执行完相应操作，再以中断方式返回操作状态码给单片机。通信格式包括起始码(0x3A)、操作码、数据长度和数据包。其主要的操作码如下：
    Ox71：检测U盘是否连接，连接时返回0；
    0x64：打开已有的文件，如果文件不存在，则返回Ox42：
    0x65：新建文件；
    Ox7A：确定读写字节的地址；
    0x7B：以字节为单位返回读取的数据。
    图5所示是本系统的程序流程框图。

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    电源切换电路主要的功能是在系统关机时，转由锂电池给USB供电并完成数据的保存，其电源切换如图4所示。图中，当外部开机后，V为高电平使三极管Q2导通，同时把Q1的基极拉至低电平，使其导通。外部电源V经过二极管D1后(VC)给单片机电路和USB供电。由于程序在初始时把POWER置高，所以，此时Q2也是导通的。当系统关机后，V变成低电平，三极管Q2截止。但是，由于此时Q3是导通的，所以Q1仍导通，只是此时是由锂电池供电来完成数据的保存，这时，单片机的定时器l开始工作，并在延时10 s后，使POWER的输出为低电平，从而使Q3关断，并最终使Q1的基极变高，整个记录仪关闭。

2 系统软件设计
    系统软件的主要任务是USB的读写、液晶的显示、时钟和键盘的编程。PB375A和单片机之间使用串行通信。其中，单片机首先将命令码和
参数信息发送给PB375A，由PB375A根据命令信息执行完相应操作，再以中断方式返回操作状态码给单片机。通信格式包括起始码(0x3A)、操作码、数据长度和数据包。其主要的操作码如下：
    Ox71：检测U盘是否连接，连接时返回0；
    0x64：打开已有的文件，如果文件不存在，则返回Ox42：
    0x65：新建文件；
    Ox7A：确定读写字节的地址；
    0x7B：以字节为单位返回读取的数据。
    图5所示是本系统的程序流程框图。