【正文】 clr tr1 setb p26 acall delaa setb p27 ajmp 四 軟件抗干擾技術(shù) 提高玩具車(chē)智能控制的可靠性僅靠硬件抗干擾是不夠的需要進(jìn)一步借助于軟件抗干擾技術(shù)來(lái)克服某些干擾 [6]在單片機(jī)控制系統(tǒng)中如能正確的采用軟件抗干擾技術(shù)與硬件干擾措施構(gòu)成雙道抗干擾防線無(wú)疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)指令冗余技術(shù)軟件陷阱技術(shù)等 1 數(shù)字濾波技術(shù) 一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信 號(hào)中均含有種種噪音和干擾它們來(lái)自被測(cè)量本身傳感器外界干擾等為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和控制必須消除被測(cè)信號(hào)中的噪音和干擾對(duì)于這類信號(hào)采用積分時(shí)間等于 20ms的整數(shù)倍的雙積分 AD轉(zhuǎn)換器可有效的消除其影響后者為隨機(jī)信號(hào)它不是周期信號(hào)對(duì)于隨機(jī)干擾我們可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除所謂數(shù)字濾波就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)中的比重故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足它與模擬濾波器相比 有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) 數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的不需要增加硬設(shè)備所以可靠性高穩(wěn)定性好 數(shù)字濾波可以根據(jù)信號(hào)的不同采用 不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)具有靈活方便功能強(qiáng)的特點(diǎn) 數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波克服了模擬濾波器的缺陷 數(shù)字濾波器具有以上優(yōu)點(diǎn)所以數(shù)字濾波在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用 2 開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù) 干擾信號(hào)多呈毛刺狀作用時(shí)間短利用這一點(diǎn)我們?cè)诓杉骋婚_(kāi)關(guān)量信號(hào)時(shí)可多次重復(fù)采集直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效若多次采樣后信號(hào)總是變化不定可停止采集給出報(bào)警信號(hào)由于開(kāi)關(guān)量信號(hào)主要是來(lái)自各類開(kāi)關(guān)型狀態(tài)傳感器如限位開(kāi)關(guān)操作按鈕電氣觸點(diǎn)等對(duì)這些信號(hào)的采集不能用多次平均的方法必須絕對(duì)一致才行如果開(kāi)關(guān)量信號(hào) 超過(guò) 8個(gè)可按 8個(gè)一組進(jìn)行分組處理也可定義多字節(jié)信息暫存區(qū)按類似方法處理在滿足實(shí)時(shí)性要求的前提下如果在各次采集數(shù)字信號(hào)之間接入一段延時(shí)效果會(huì)好一些就能對(duì)抗較寬的干擾 輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型對(duì)干擾的敏感性相對(duì)較大前者有良好的抗毛刺干擾能力后者不耐干擾當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)它就會(huì)盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)也不管此時(shí)數(shù)據(jù)是否有效輸出設(shè)備和慣性響應(yīng)速度與干擾的耐受能力也有很大關(guān)系慣性大的輸出設(shè)備如各類電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)毛刺干擾有一定的耐受能力慣性小的輸出設(shè)備如通行口顯示設(shè)備耐受能力就小一些在軟件上最為有效的方法就是重復(fù) 輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)只要有可能其重復(fù)周期盡可能短些外設(shè)設(shè)備接受到一個(gè)被干擾的錯(cuò)誤信息后還來(lái)不及作出有效的反應(yīng)一個(gè)正確的信息又來(lái)了就可及時(shí)防止錯(cuò)誤動(dòng)作的產(chǎn)生另外各類數(shù)據(jù)鎖存器盡可能和 CPU 安裝在同一電路板上使傳輸線上傳送的都是鎖存好的電位控制信號(hào)對(duì)于重要的輸出設(shè)備最好建立檢測(cè)通道 CPU 可以檢測(cè)通道來(lái)確定輸出結(jié)果的正確性 3 指令冗余技術(shù) 當(dāng) CPU 受到干擾后往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行引起程序混亂當(dāng)程序彈飛到某一字節(jié)指令上時(shí)便自動(dòng)納入正軌當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)指令上時(shí)有可能落到其操作數(shù)上從而繼續(xù)出錯(cuò)當(dāng)程序彈飛到三字節(jié)指 令上時(shí)因它有兩個(gè)操作數(shù)繼續(xù)出錯(cuò)的機(jī)會(huì)就更大因此我們應(yīng)多采用單字節(jié)指令 NOP 或?qū)巫止?jié)指令重復(fù)書(shū)寫(xiě)這便是指令冗余指令冗余無(wú)疑會(huì)降低系統(tǒng)的效率但在絕大多數(shù)情況下CPU 還不至于忙到不能多執(zhí)行幾條指令的程度故這種方法還是被廣泛采用 在一些對(duì)程序流向起決定作用的指令之前插入兩條 NOP 指令以保證彈飛的程序迅速納入正確軌道在某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)重要的指令前也可插入兩條 NOP指令以保證正確執(zhí)行指令冗余技術(shù)可以減少程序彈飛的次數(shù)使其很快進(jìn)入程序軌道但這并不能保證在失控期間不干壞事更不能保證程序納入正常軌道后就太平無(wú)事了解決這 個(gè)問(wèn)題必須采用軟件容錯(cuò)技術(shù) 軟件陷阱技術(shù) 指令冗余使彈飛的程序安定下來(lái)是有條件的首先彈飛的程序必須落到程序區(qū)其次必須執(zhí)行到冗余指令所謂軟件陷阱就是一套引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址在那里有一段專門(mén)對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序如果我們把這段程序的入口標(biāo)號(hào)記為 ERR 的話軟件陷阱即為一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令為了加強(qiáng)其捕捉效果一般還在它前面加兩條 NOP 指令因此真正的軟件陷阱由 3 條指令構(gòu)成 NOP NOP ERR 軟件陷阱安排在以下四種地方 1 未使用的中斷向量區(qū) 2 未使用的大片 ROM 空間 3 表格 5 程序區(qū) 由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方故不影響程序執(zhí)行效率在當(dāng)前 EPROM 容量不成問(wèn)題的條件下還是多多益善 五 看門(mén)狗技術(shù) PC 受到干擾而失控引起程序亂飛也可能使程序陷入死循環(huán) [6]指令技術(shù)軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困境這時(shí)系統(tǒng)完全癱瘓如果操作者在場(chǎng)就可以按下人工復(fù)位安鈕強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位但操作者不能一直監(jiān)視著系統(tǒng)也往往是在引起不 良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位為使程序脫離死循環(huán)通常采用看門(mén)狗技術(shù)看門(mén)狗技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)然后強(qiáng)迫程序返回到 0000H入口在 0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序使系統(tǒng)運(yùn)行納入正規(guī) 看門(mén)狗技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)可由軟件實(shí)現(xiàn)也可由兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)采用硬件看門(mén)狗電路 實(shí)現(xiàn)硬件看門(mén)狗電路方案較多目前采用較多的方案有以下幾種 采用微處理器監(jiān)控器 采用單穩(wěn)態(tài)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗單穩(wěn)定電路可采用 74LS123 采用內(nèi)帶震蕩器的記數(shù)芯片 本設(shè)計(jì)采用第三種方案實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗電路下 面就對(duì)該方案作以介紹 1 基本原理 CD4060 是帶震蕩器的 14 位計(jì)數(shù)器由該芯片構(gòu)成的看門(mén)狗電路如圖 42 看門(mén)狗電路圖所示 4060 記數(shù)頻率由 RT 和 CT 決定設(shè)實(shí)際的程序所需工作周期為 T 分頻器記滿時(shí)間為 T 當(dāng) T T 且系統(tǒng)正常工作時(shí)程序每隔 T 對(duì) 4060 進(jìn)行掃描一次分頻且永無(wú)記滿輸出信號(hào)如系統(tǒng)工作不正常如程序跑飛死循環(huán)等程序?qū)?4060 發(fā)不出掃描信號(hào)分頻器記滿輸出一脈沖號(hào)使 CPU 復(fù)位 2 參數(shù)選擇 4060 的振蕩頻率 f 由 RT CT 決定 Rs 用于改善振蕩器的穩(wěn)定性 Rs 要大于 RT一般取 Rs 10RT 且 RT 1kΩ CT≥ 100pF 如果 Rs 450Ω RT 45Ω CT 1uF 則 f 10HZ4060的振蕩頻率和 Qi i 678910121314 的選擇要根據(jù)情況確定 3 幾個(gè)原則 看門(mén)狗電路必須由硬件邏輯組成不宜由可編程計(jì)數(shù)器充當(dāng)因?yàn)?CPU 失控后可能會(huì)修改可編程器件參數(shù)使看門(mén)狗失效 4060 的 RST 線上阻容組成的微分電路很重要因?yàn)閽呙栎斎胄盘?hào)是 CPU 產(chǎn)生的正脈沖若此信號(hào)變 1 后由于干擾程序亂飛微分電路只能讓上跳沿通過(guò)不會(huì)封死 4060 看門(mén)狗仍能計(jì)數(shù)起作用若沒(méi)有微分電路掃描輸入信號(hào)上的 1 狀態(tài)封死4060 使之不能記數(shù)看門(mén)狗不起作 用 圖 42 看門(mén)狗電路圖 CPU 必須在正確完成所有工作后才能發(fā)掃描輸入信號(hào)且程序中發(fā)掃描信號(hào)的地方不能太多否則正好在哪里有死循環(huán)看門(mén)狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號(hào)不能重新啟動(dòng) CPU 4060的記滿輸出信號(hào)不但要接到 MCS51 的 RST腳而且還應(yīng)接到其它芯片的RST 腳因?yàn)槌绦騺y飛后其它具有 RST 腳的芯片也混亂了必須全部復(fù)位 六 可編程邏輯器件 可編程邏輯器件 GAL16V8是 LATTICE公司研制的一種電可擦除的可重復(fù)編程的低密度 PLD器件它采用更為靈活的可編 IO結(jié)構(gòu)并采用了先進(jìn)的 EECOMS工藝數(shù)秒內(nèi)即可完成芯片的擦除 和編程過(guò)程并可反復(fù)改寫(xiě)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制的理想器件之一 GAL16V8 技術(shù)特性 1 電可擦除工藝 可重編程單元 100％成品率 可重配置邏輯 2 高性能 E2CMOS 工藝 低功耗 45mA 最大運(yùn)行功耗 35mA 最大維持功耗 高速度 15～ 25us 最快存取速度 38 個(gè)輸出邏輯單元 對(duì)于復(fù)雜邏輯設(shè)計(jì)具有最大靈活性 GAL16V8可仿真 20條引腳的 PAL器件具有功能 熔絲圖 參數(shù)的完全兼容性 4 預(yù)置加電復(fù)位全部寄存器 5 具有保密單元電子標(biāo)簽 6 數(shù)據(jù)保持超過(guò) 20 年 80C51按鍵電路直接由 80C51接口電路 查詢消抖 延時(shí) 20ms 由軟件延時(shí)完成 第五章 測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果分析及結(jié)論 測(cè)試方法與儀器 測(cè)試儀器 測(cè)試儀器包括秒表數(shù)字萬(wàn)用表信號(hào)發(fā)生器示波器 MCS51 仿真機(jī)直流穩(wěn)壓電源等 2 測(cè)試方法 數(shù)字萬(wàn)用表主要用來(lái)測(cè)試分立元件的電阻壓降漏電流截止導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù) 信號(hào)發(fā)生器與示波器用于測(cè)試各光電傳感器信號(hào)的接收與傳輸 MCS51 仿真機(jī)用于測(cè)試軟件 直流穩(wěn)壓電源在測(cè)試期間為各待測(cè)系統(tǒng)供電 秒表用于產(chǎn)品測(cè)試按照任務(wù)書(shū)的基本要求對(duì)制成的電動(dòng)車(chē)進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試 測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析 ⑴ 計(jì)時(shí)精度分析 計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用了新型顯示芯片理論上的誤差不到 1 秒年 ⑵ 測(cè)距精度分析 測(cè)速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤(pán)檢測(cè)技術(shù)電機(jī)軸與車(chē)輪軸之間采用了齒輪箱二級(jí)減速變比 116車(chē)輪周長(zhǎng) 135mm光電碼盤(pán)與電機(jī)軸安裝在一起電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生 2 個(gè)脈沖車(chē)輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 32 個(gè)脈沖理論測(cè)量精度可達(dá)135mm32 422mm 45mm ⑶ 定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測(cè)量與軟件補(bǔ)償技術(shù)理論上可使定位精度提高到誤差 10mm 3 結(jié)論 歷時(shí)三個(gè)月的設(shè)計(jì)過(guò)程中我首先邊查資料邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車(chē)的線路板在焊接過(guò)程中我感 覺(jué)到即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路要想很輕松的焊好也不是很容易的事情有時(shí)是虛焊的原因有時(shí)可能是阻值選錯(cuò)在焊接顯示電路時(shí)我就錯(cuò)將 680 歐的電阻焊成了 68 千歐這使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)提高了我的動(dòng)手能力每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板還可以上機(jī)編程使我軟件調(diào)試知識(shí)也提高了 本設(shè)計(jì)采用的是 80C51 單片機(jī)這主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好還可以采用其它系列的單片機(jī)比如采用陵陽(yáng)單片機(jī)就可以簡(jiǎn)化編程但其穩(wěn)定性不是很好 致 謝 歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落經(jīng)過(guò)自 己不斷的搜索努力以及白老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成在這段時(shí)間里白老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩他的指導(dǎo)使我受益非淺同時(shí)本系 120 實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場(chǎng)地在此對(duì)白文峰老師和牛曉升老師表示深深的感謝 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力不斷完善這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過(guò)程為今后的發(fā)展打下了良好的 基礎(chǔ) 由于自身水平有限設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正 參 考 文 獻(xiàn) 1 何立民單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)北京航天航空大學(xué)出版社 2～ 546～ 50 2 李廣弟單片機(jī)基礎(chǔ)北京北京航空航天大學(xué)出版社 202056～ 64 3 何希才新型實(shí)用電子電路 400 例電子工業(yè)出版社 2020 年 60～ 65 4 趙負(fù)圖傳感器集成電路手冊(cè)第一版化學(xué)工業(yè)出版社 2020590～ 591 5 陳伯時(shí)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第二版北京機(jī)械工業(yè)出版社 2020 年 6 月127～ 130 6 張毅剛彭喜元新編 MCS51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)第一版哈爾濱工業(yè)大學(xué) 出版社202025～ 27411～ 417 附錄 A 程序清單 limiw equ 30h 厘米位 miao equ 31h 秒位 fenmi equ 32h 分米位 fmiao equ