相关模块的总体设计

　　中的USB HOST相关模块由单片机、USB HOST接口、FLASH、铁电存储体（FRAM）、实时时钟和电源管理等部分组成,其功能框图如图1所示。汽车行驶记录仪工作时,由单片机通过前端接口电路拾取汽车行驶状态的各种信息,包括车速、发动机转速和各种车辆开关信号等。汽车行驶记录仪以实时时钟为基准,把车辆信息按类别分别存入FRAM和FLASH。需要从汽车行驶记录仪中获取汽车记录状态信息时,用户插入优盘,单片机自动识别优盘并加载驱动程序,当完成设备枚举和Bulk_Only传输协议后,单片机就可以把汽车行驶记录仪中记录的状态信息以文件的形式传输到优盘。本文重点介绍电源模块、USB HOST模块、数据存储模块的硬件设计。

　　考虑到汽车的复杂工况以及记录仪的性价比,单片机至少为工业级产品,由于有USB HOST结构,FLASH和RAM要足够大,这样系统资源才够用。另外,考虑到成本和开发周期,单片机选择51系列比较有利,综合以上因素,单片机选择AT89C51RD2,扩展RAM;目前市场上的USB设备芯片比较多,而HOST要少一些。选择 USB HOST接口芯片要考虑两点：一是在硬件上必须比较容易和51单片机相连接,二是软件开发难度不能太大,因此选择SL811HST。对于数据存储体,必须满足存储时间为15年有效,而且存储容量为至少360小时有效数据,普通数据FLASH擦写次数为100万次,不能满足记录仪中频繁擦写数据的要求,而铁电擦写次数为无限次,但大容量FRAM价格很高,综合这两点,存储体采用小容量FRAM和FLASH结合,这样既满足记录仪要求又有比较低的成本。

　　电源模块硬件设计

　　汽车电子产品产生电磁干扰的最根本原因就是在其工作过程中产生的di/dt。电源模块设计就是要在这些干扰源下能正常工作,其硬件电路如图2所示。

　图2 电源模块原理图　

　　在电源输入处,二极管VD1（IN4007）的作用是防止反接,这样即使在电源接反的情况下,电子设备也不会被损坏;VD2（A36A）为瞬态抑制二极管,能吸收高压脉冲电压,防止大功率器件工作时产生的高压脉冲对电子设备的损坏;L1和L2是低电感磁条,其能有效的损耗干扰成分的能量,能很好改善电源性能;F1和F2为自复位二级管,防止电子设备内有器件被损坏时,电源短路造成对其他器件的损坏。三端稳压管7812（N2）提供12V电压满足前端输入接口拾取电路的需要,同时给三端稳压器7808（N1）提供输入,N1提供8V电压,满足里程输出以及速度输出需要,开关稳压器LM2576（N3）提供5V输出,最大输出电流为3A,满足记录仪带打印机的需要。WRD24B05（N4）为DC-DC转换器,隔离汽车和电子设备电源,使设备电源稳定可靠。正向电压调节器SPX1117（N5）提供3.3V电压,供SL811HST和存储体的需要,N6前端的晶体管8550控制N6的输入,N6给IC卡供电,需要电源可控。

　　USB HOST模块硬件设计

　　在汽车行驶记录仪USB HOST模块中,单片机采用AT89C51RD2,USB HOST接口芯片采用SL811HST,该模块硬件电路如图3所示,SL811HST提供并口总线数据协议和控制线CS、RD、WR、INTRQ以及A0,利用单片机的读写信号线RD、WR,以及控制线A0、INT1就能把SL811HST和AT89C51RD2连接起来,其中8根数据线在控制线的控制下与AT89C51RD2进行数据交换。USB HOST包含有USB设备枚举协议、Bulk_Only传输协议以及FAT文件结构,AT89C51RD2的RAM资源不够,因此,系统扩展了32Kb SRAM,其占有低32Kb地址。为了保证操作SL811HST的可靠性,用HC00扩展了逻辑电路,因此SL811HST占有0x8000和0x8001两个地址。另外,USB总线的电气特性要求在USB收发器之前必须串接22～44Ω电阻,同时必须根据不同的USB设备传输速度（全速或低速）,配置好上拉电阻和下拉电阻的位置。

　　当CS、RD有效时,如果A0为高,这是读当前地址或寄存器数据,如果A0为低,则读当前地址或寄存器地址。当CS、WR有效时,如果A0为高,这是写当前地址或寄存器数据,如果A0为低,则写当前地址或寄存器地址。