【正文】 amming,在線系統(tǒng)編程，通過單片機(jī)的專用串行編程接口或并口對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，ISP的實(shí)現(xiàn)一般需要很少的外部電路輔助實(shí)現(xiàn)。ISP為單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開發(fā)帶來了很大的方便和靈活性。 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體介紹由系統(tǒng)電路框圖知，系統(tǒng)主要由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。系統(tǒng)上電后，上位機(jī)中雷達(dá)模塊檢測(cè)距離并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，最后模塊輸出最小距離。系統(tǒng)采用了兩個(gè)雷達(dá)模塊，兩個(gè)模塊輸出的數(shù)據(jù)通過串口擴(kuò)展電路分別傳送到上位機(jī)控制中心，控制中心對(duì)接收到的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行比較，決定傳輸兩個(gè)距離中最小的那組數(shù)據(jù)，并對(duì)要發(fā)送到下位機(jī)的數(shù)據(jù)先根據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)幀包裝，然后通過CMBUS總線傳送到下位機(jī)；下位機(jī)根據(jù)通信協(xié)議接收信息，對(duì)信息進(jìn)行檢查與校驗(yàn)后，根據(jù)數(shù)據(jù)級(jí)別讓蜂鳴器進(jìn)行不同頻率的工作，并送距離值到液晶顯示器上顯示。通過對(duì)系統(tǒng)電路框圖的分析知，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分軟件設(shè)計(jì)，下面分別就這兩部分的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，在介紹之前先對(duì)上、下位機(jī)之間的通信協(xié)議進(jìn)行介紹。如上所述，上位機(jī)的兩個(gè)雷達(dá)模塊輸出的數(shù)據(jù)通過串口擴(kuò)展電路傳送到上位機(jī)控制中心，控制中心對(duì)這兩組數(shù)據(jù)再次進(jìn)行比較，決定傳輸距離最小的那組數(shù)據(jù)，在發(fā)送之前要根據(jù)通信協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀包裝，數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為八字節(jié)，制定的通信協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)格式如下。每字節(jié)含8位二進(jìn)制碼，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位“0”和一個(gè)停止位“1”共10位。D0是字節(jié)的最低有效位，D7是字節(jié)的最高有效位。先傳低位，后傳高位。0D0D1D2D3D4D5D6D71傳輸方向起始位8位數(shù)據(jù)位停止位圖 字節(jié)傳輸序列第一字節(jié)：幀頭 10101010；第二字節(jié)：地址 為下位機(jī)擬定的地址，為以后實(shí)現(xiàn)汽車電器網(wǎng)絡(luò)化而預(yù)留的，長(zhǎng)度可擴(kuò)展為多個(gè)字節(jié)；第三字節(jié)：幀長(zhǎng)度 指的是雷達(dá)模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，該系統(tǒng)中為三字節(jié)；第四至六字節(jié)：報(bào)警信號(hào)數(shù)據(jù) 這三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)是由雷達(dá)模塊發(fā)送出來；第七至八字節(jié)：幀校驗(yàn)碼 通信的目的是要把信息及時(shí)可靠地傳送給對(duì)方，因此要求一個(gè)通信系統(tǒng)傳輸消息必須可靠與快速，在數(shù)字通信系統(tǒng)中可靠與快速往往是一對(duì)矛盾。為了解決可靠性，通信系統(tǒng)都采用了差錯(cuò)控制。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中就采用了循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC（Cyclic Redundancy Check），選用的是CCITT16循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的生成采用查表法生成。數(shù)據(jù)后添加16位0生成校驗(yàn)數(shù)據(jù)Reg左移四位，校驗(yàn)數(shù)據(jù)左移四位到Reg低四位Reg＝ Reg XOR 生成參數(shù)表【Reg移出值】數(shù)據(jù)處理完畢？YESNOReg清0CRC校驗(yàn)碼 ＝ RegReg 其中流程圖中Reg指代一個(gè)16位的寄存器，生成參數(shù)表是查表生成法中所要依據(jù)的參數(shù)表，參數(shù)表中的每個(gè)參數(shù)為16位的數(shù)據(jù)，參數(shù)表的生成方法是用0到16的二進(jìn)制數(shù)分別與CCITT16循環(huán)冗余校驗(yàn)碼相異或而得，具體原理請(qǐng)查閱參考文獻(xiàn)。 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)程序主流程圖上位機(jī)主要完成的任務(wù)是：利用雷達(dá)模塊測(cè)距，控制中心（單片機(jī)）接收雷達(dá)模塊發(fā)送出來的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后根據(jù)通信協(xié)議通過總線發(fā)送到下位機(jī)。軟件設(shè)計(jì)主要包括雷達(dá)模塊程序設(shè)計(jì)，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)和發(fā)送數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)三大部分。上位機(jī)模塊初始化后，接收數(shù)據(jù)子程序利用STC12C5A60S2單片機(jī)串口0中斷負(fù)責(zé)接收雷達(dá)模塊傳送過來的數(shù)據(jù)，并處理數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否滿足發(fā)送條件，滿足則置發(fā)送就緒標(biāo)志位。發(fā)送數(shù)據(jù)子程序發(fā)現(xiàn)發(fā)送就緒標(biāo)志位置位，則根據(jù)通信協(xié)議把數(shù)據(jù)包裝成數(shù)據(jù)包，然后通過STC12C5A60S2單片機(jī)串口1發(fā)送到下位機(jī)。初始化STC12C5A60S2滿足發(fā)送條件？初始化GM8123YESNO調(diào)用接收數(shù)據(jù)子程序雷達(dá)模塊有數(shù)據(jù)輸出？YESNO開始調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)子程序 上位機(jī)程序主流程圖 雷達(dá)模塊程序設(shè)計(jì)雷達(dá)模塊是以成都國(guó)騰微電子公司生產(chǎn)的GM3101倒車?yán)走_(dá)專用控制芯片為核心的電路，GM3101芯片是用純硬件方式實(shí)現(xiàn)倒車?yán)走_(dá)主機(jī)功能，將倒車?yán)走_(dá)需要的主要元件都集成在了單一芯片中，提高了集成度，并且不需要軟件編程，從而降低了設(shè)計(jì)難度。在實(shí)際應(yīng)用中可把該模塊設(shè)置為受汽車倒車擋控制上電，使得系統(tǒng)更具自動(dòng)化。當(dāng)汽車置于倒車擋時(shí)，倒車?yán)走_(dá)發(fā)射超聲波進(jìn)行測(cè)距；置于其它擋，倒車?yán)走_(dá)不工作。該模塊以80ms為周期檢測(cè)車后障礙物到汽車的最小距離并輸出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)以數(shù)據(jù)包格式輸出，每個(gè)數(shù)據(jù)包包括3個(gè)字節(jié)，格式和內(nèi)容如下所述。第一個(gè)字節(jié)：第一字節(jié)高四位為起始標(biāo)志，用于說明此報(bào)警數(shù)據(jù)是倒車模式下的數(shù)據(jù)還是扒車模式下的數(shù)據(jù)，倒車模式是“0101”，扒車模式是“1010”。第一字節(jié)的低兩位用于輸出附加消息，輸出數(shù)據(jù)指示1或4探頭是否進(jìn)入環(huán)境適應(yīng)模式，S1 表示探頭1 是否進(jìn)入環(huán)境適應(yīng)模式，“1” 表示進(jìn)入環(huán)境適應(yīng)模式，“0” 表示正常倒車模式；S4 表示探頭4 是否進(jìn)入環(huán)境適應(yīng)模式，“1”表示進(jìn)入環(huán)境適應(yīng)模式，“0”表示正常倒車模式。第四位SX1 和第三位SX0 表示最近障礙物的方位，00表示是探頭1 方向，01表示是探頭2方向，10表示是探頭3方向，11表示是探頭4方向。0101SX1SX0S1S4第二個(gè)字節(jié)：，SXA 和SXB 表示X 號(hào)探頭檢測(cè)到的障礙物的危險(xiǎn)等級(jí)，危險(xiǎn)等級(jí)分為安全、警告、危險(xiǎn)、停車4級(jí)，分別用00、011表示。例如第二字節(jié)數(shù)據(jù)為“10010000”，表示第一個(gè)探頭檢測(cè)到危險(xiǎn)狀態(tài)，第二個(gè)探頭檢測(cè)到警告狀態(tài)，第三和第四個(gè)探頭為安全狀態(tài)。 S1AS1BS2AS2BS3AS3BS4AS4B第三個(gè)字節(jié)：輸出最近障礙物的距離值，DA1和DA0表示最近障礙物距離的第一位數(shù)據(jù)，按BCD 編碼，最大值為3；DB0～DB3 表示最近障礙物距離的第二位數(shù)據(jù)，按BCD編碼，最大值為9；DC0表示第三位數(shù)據(jù)，0表示0，1表示5。其中最高位默認(rèn)為1。 第三字節(jié)數(shù)據(jù)格式*DA1DA0DB3DB2DB1DB0DC0 上位機(jī)接收數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì) 上位機(jī)接收數(shù)據(jù)子程序利用STC12C5A60S2單片機(jī)串口0中斷接收雷達(dá)模塊傳送過來的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)與上一次發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果數(shù)據(jù)中的距離值小于上一次或兩個(gè)數(shù)據(jù)都來自同一個(gè)雷達(dá)模塊，就判斷此次數(shù)據(jù)滿足發(fā)送條件，置發(fā)送就緒標(biāo)志位，通知發(fā)送數(shù)據(jù)子程序可以發(fā)送數(shù)據(jù)。其中利用定時(shí)\計(jì)數(shù)器T0的中斷來計(jì)算串口0的接收超時(shí)，因?yàn)槔走_(dá)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)的周期為80ms，發(fā)送數(shù)據(jù)大小為三個(gè)字節(jié)，波特率為4800bps，三個(gè)字節(jié)是連續(xù)發(fā)送，計(jì)算下來相鄰字節(jié)之間接收相差20ms，可判定沒有接收完整三字節(jié)數(shù)據(jù)，定義為超時(shí)，清空接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，等待接收下一次數(shù)據(jù)。定時(shí)\計(jì)數(shù)器T0的接收超時(shí)中斷相對(duì)比較簡(jiǎn)單，這里不作介紹。開始接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)完整？小于前一次發(fā)送數(shù)據(jù)？NOYES 接收地址與前一次發(fā)送地址相同？YES NO置發(fā)送就緒標(biāo)志NOYES 地址正確？NOYES 幀頭正確？YES NO清接收緩沖區(qū)有接收中斷？NOYES 返回開始 上位機(jī)接收數(shù)據(jù)子程序流程圖 上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)發(fā)送數(shù)據(jù)子程序利用STC12C5A60S2單片機(jī)的串口1向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，采用查詢中斷發(fā)送。由于系統(tǒng)采用兩個(gè)雷達(dá)模塊，對(duì)應(yīng)每個(gè)模塊會(huì)用一個(gè)發(fā)送就緒標(biāo)志位，輪流查詢。下面的子程序流程圖沒有分別針對(duì)兩個(gè)發(fā)送就緒標(biāo)志位而作圖，作了一個(gè)通用的流程圖。根據(jù)通信協(xié)議包裝數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)包清發(fā)送就緒標(biāo)志位發(fā)送就緒標(biāo)志位 置位？YESNO上一次發(fā)送結(jié)束？YESNO全部數(shù)據(jù)發(fā)送完？YESNO返回開始 上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)子程序流程圖 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)程序主流程圖下位機(jī)負(fù)責(zé)接收上位機(jī)傳送過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行校驗(yàn)處理后，用液晶顯示器顯示距離，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，揚(yáng)聲器發(fā)出語音提示。 初始化單片機(jī)開始初始化液晶模塊上位機(jī)有數(shù)據(jù)發(fā)送進(jìn)來？數(shù)據(jù)正確？報(bào)警調(diào)用液晶顯示程序調(diào)用下位機(jī)接收數(shù)據(jù)程序YESYESNONO調(diào)用語音提示程序返回 下位機(jī)程序主流程圖 下位機(jī)接收數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)下位機(jī)接收數(shù)據(jù)子程序利用控制中心單片機(jī)AT89S51的串口接收中斷接收上位機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)正確就置數(shù)據(jù)READY標(biāo)志位，通知液晶顯示子程序顯示。 所示。中斷標(biāo)志RI＝1？接收計(jì)數(shù)標(biāo)志CNT＝0？CNT＝1？CNT＝7？幀頭正確？地址正確?CNT=0存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，CNT++CRC正確？存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，CNT++數(shù)據(jù)READY=1NONONOYESYESNOYESNONOYESYESRI=0開始返回YESNO AT89S51串口接收數(shù)據(jù)程序流程圖 LCD液晶顯示程序設(shè)計(jì)LCD模塊負(fù)責(zé)顯示最近障礙物距離，并動(dòng)態(tài)顯示一輛小汽車與超聲波發(fā)射波形，既形象又直觀。程序設(shè)計(jì)中需要提前利用位圖轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)工具獲得小汽車與超聲波波形的靜態(tài)位圖數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)中利用清華蓬遠(yuǎn)的液晶字模圖形模提取工具提取得汽車與波形的圖形模，然后在顯示中再調(diào)用圖形模來顯示， 所示。初始化顯示文本顯示最小距離計(jì)算顯示汽車與波形的位置顯示汽車顯示波形數(shù)據(jù)READY=1?YESNO開始返回 液晶顯示程序流程圖 LCD顯示模塊采用Proteus軟件進(jìn)行仿真，這樣可以直觀的看到設(shè)計(jì)目標(biāo)的顯示功能。通過動(dòng)態(tài)顯示可以很好的幫助駕駛員了解汽車后面的情況。但在開始使用時(shí)，駕駛員應(yīng)下車觀察實(shí)際情況與測(cè)量情況有無太大偏差。這樣才能在以后的使用中更好的把握顯示的測(cè)量情況。 LCD顯示模塊仿真電路圖 LCD顯示信息 語音報(bào)警程序設(shè)計(jì)當(dāng)?shù)管嚲嚯x大于3 m時(shí)語音提示為“倒車安全”；當(dāng)?shù)管嚲嚯x在2～3 m之間時(shí)，語音提示為“倒車”；當(dāng)?shù)管嚲嚯x在1～2 m之間時(shí)，語音提示為“倒車小心”；當(dāng)?shù)管嚲嚯x在015～1m之間時(shí)，語音提示為“倒車危險(xiǎn)”； m時(shí)，語音提示為“非常危險(xiǎn)，緊急停車”。發(fā)POWERUP命令延時(shí)25ms發(fā)POWERUP命令放音指令？錄音指令？放/錄音完否？延時(shí)25ms發(fā)REC命令發(fā)SETPLAY命令+地址發(fā)PLAY命令延時(shí)50ms發(fā)SETREC命令+地址YESYESNOYESNONO返回 軟件調(diào)試簡(jiǎn)介在單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)調(diào)試中一般會(huì)用到編程器和仿真器，前者用于燒錄程序，后者用于仿真程序，但兩者價(jià)格都在幾百元以上，比較昂貴。根據(jù)實(shí)際情況在系統(tǒng)軟件調(diào)試中采用了ISP下載程序調(diào)試（具體ISP下載見第三章所述），改正程序后直接燒錄進(jìn)單片機(jī)看運(yùn)行結(jié)果，不正確繼續(xù)修改再燒錄程序。這種調(diào)試方法雖然比較麻煩，對(duì)單片機(jī)影響也比較打大，但對(duì)于學(xué)生來說是個(gè)實(shí)惠又科學(xué)的方法了。 系統(tǒng)方案的擴(kuò)展本設(shè)計(jì)不是成本最低，性價(jià)比最好的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)方案，例如所引用的新型總線是為了更多汽車設(shè)備的擴(kuò)展而引入的，本系統(tǒng)還可進(jìn)行很多擴(kuò)展，現(xiàn)列舉部分如下：216。 可將報(bào)警器加以改進(jìn)發(fā)展，可通過加入語音芯片，向司機(jī)發(fā)出人聲警告危險(xiǎn)級(jí)別，并報(bào)告距離，同時(shí)可以在倒車時(shí)能重復(fù)發(fā)出“倒車，請(qǐng)注意”的語言警告聲提醒行人注意。216。 在本系統(tǒng)中所用的CMBUS 最突出特點(diǎn)之一就是能連接多達(dá)400個(gè)從路節(jié)點(diǎn)，并能夠給從機(jī)通信接口提供電壓，并可輸出＋5V、＋20V和＋，可節(jié)省為從機(jī)單獨(dú)提供電源的麻煩，經(jīng)濟(jì)又方便。使用該總線可為以后實(shí)現(xiàn)汽車電器網(wǎng)絡(luò)化做好準(zhǔn)備。216。 本系統(tǒng)使用的是總線傳輸，但只是用在倒車?yán)走_(dá)測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)中，為了節(jié)省成本，也可考慮上位機(jī)與下位機(jī)采用無線通信，安裝在車尾的上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)，然后通過無線發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，安裝在駕駛室的下位機(jī)通過無線接收模塊接收到數(shù)據(jù)并顯示出來。 總結(jié)課題主要完成對(duì)基于超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試。本系統(tǒng)利用超聲波測(cè)距的原理檢測(cè)系統(tǒng)與障礙物之間的距離，并通過蜂鳴器報(bào)警和數(shù)碼管顯示距離信息。該超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)在自成系統(tǒng)的基礎(chǔ)上具備總線接口可實(shí)現(xiàn)整車數(shù)據(jù)共享，順應(yīng)了汽車電器發(fā)展趨勢(shì)，是倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)的新概念。本課題概括地說，完成以下幾項(xiàng)工作：216。 了解超聲波的概念、性質(zhì)和超聲波傳感器的工作原理，研究了超聲波測(cè)距的基本原理；216。 理解基于GM3101芯片的超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)模塊的工作原理；216。 選用宏晶科技公司生產(chǎn)STC12C5A60S2單片機(jī)作為雷達(dá)倒車系統(tǒng)通信的主控芯片，并能為以后的汽車電子設(shè)備擴(kuò)充而使用。選用Atmel公司的AT89S51單片機(jī)為從機(jī)的控制芯片，進(jìn)行接收、報(bào)警和顯示控制。學(xué)習(xí)、研究了芯片各模塊的功能及使用；216。 引進(jìn)了新型總線CMBUS，通過硬件搭建和軟件調(diào)試，學(xué)習(xí)到了該總線的新型功能，它市場(chǎng)前景廣闊；216。 繪制系統(tǒng)的上位機(jī)、中心通訊接口、設(shè)備端通訊接口、下位機(jī)、下載單元的電路原理圖，并制作PCB電路；216。 編寫各模塊子程序，并用KeilC51軟件和Proteus軟件進(jìn)行軟件調(diào)試和仿真；216。 將各子程序綜合，完成系統(tǒng)的主程序流程設(shè)計(jì)，并調(diào)試成功；216。 利用系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出進(jìn)一步改善系統(tǒng)功能的想法。參考文獻(xiàn)[1] 南建輝,熊鳴,[M].清華大學(xué)出版社,[2] 李朝青,劉艷玲,沈怡麟,[M].北京航空航天大學(xué)出版社,[3] 張洪潤(rùn),馬平安,[M].科學(xué)出版社,[4] 李廣弟,朱月秀,[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社,[5] 王歡. 基于CAN總線的倒車?yán)走_(dá)研究[M]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué),[6] Billur Barshan.