【導(dǎo)讀】本系統(tǒng)采用80C51單片機(jī)為控制核心，主要完成了超聲波檢測避障模塊，設(shè)計(jì)采用左右獨(dú)立的傳動(dòng)模式行駛，利用超聲波傳感器，檢測道路。電、紅外、傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡和尋光功能。最后，通過匯編語言編程控制51單。片機(jī)系統(tǒng)來決策智能車的行駛狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。驗(yàn)測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測試結(jié)果分析。

　　

【正文】 v bhcs,00h mov sp,6fh mov tmod,21h mov th0,3ch mov tl0,0b0h mov th1,9ch mov tl1,9ch setb ea setb et0 setb et1 mov p1,0aah acall xianshi 軟件流程 如圖 31 流程圖所示： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 初始化計(jì)時(shí)開始計(jì)里程開始低速行駛高速行駛開關(guān)是否按下 ？是否遇到黑線 ？是否偏離 ？是否有障礙 ？是否有光源 ？是否檢測到黑線 ？停車轉(zhuǎn)向子程序避障子程序駛向光源NYNYYNYNYNYN 圖 31 流程圖洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 顯示子程序設(shè)計(jì) 程序清單如下： xianshi: mov p1,0aah mov p1,0cch mov a,limiw swap a add a,miao mov p1,a nop nop mov p1,0ddh mov a,fenmi swap a add a,fmiao mov p1,a nop nop mov p1,0eeh mov a,0b0h add a,point mov p1,a nop nop mov p1,0eeh mov a,meter swap a add a,fenzh mov p1,a nop nop mov p1,0ffh mov a,shimi swap a add a,shifn mov p1,a ret 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 避障子程序設(shè)計(jì) 程序清單如下： zhangai: jb 25h,stop jnb 22h,youzhuan jnb 23h,youzhuan jnb 24h,zuozhuan jnb 26h,zuozhuan ajmp jiance zuozhuan: clr clr mov sudu,05h acall delaa setb setb mov sudu,07h ajmp jiance youzhuan: clr clr mov sudu,05h acall delaa setb setb mov sudu,07h ajmp jiance stop: acall delay jnb 25h,zhangai clr tr0 mov a,fenmi mov fenmc,a mov a,02h add a,fenmc mov fenmc,a here: cjne a,fenmi,here clr tr1 setb acall delaa setb ajmp $ 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 軟件抗干擾技術(shù) 提高玩具車智能控制的可靠性，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)來克服某些干擾。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。 數(shù)字濾波技術(shù)： 一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信號中，均含有種種噪音和干擾，它們來自被測量本 身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測量和控制，必須消除被測信號中的噪音和干擾。對于這類信號，采用積分時(shí)間等于 20ms 的整數(shù)倍的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，可有效的消除其影響。后者為隨機(jī)信號，它不是周期信號。對于隨機(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，就是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。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。 （ 2） 數(shù)字濾波可以 根據(jù)信號的不同，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)。 （ 3） 數(shù)字濾波可以對頻率很低的信號實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。 （ 4） 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。 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)： 干擾信號多呈毛刺狀，作用時(shí)間短，利用這一點(diǎn)，我們在采集某一開關(guān)量信號時(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，信號總是變化不定，可停止采集，給出報(bào)警信號，由于開關(guān)量信號主要是來自各類開 關(guān)型狀態(tài)傳感器，如限位開關(guān)、操作按鈕 、電氣觸點(diǎn)等，對這些信號的采集不能用多次平均的方法，必須絕對一致才行。如果開關(guān)量信號超過 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)字信號之間接入一段延時(shí)，效果會好一些，就能對抗較寬的干擾。 輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型，對干擾的敏感性相對較大。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‘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，還來不及作出有效的反應(yīng)，一個(gè)正確的信息又來了，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，對于重要的輸出設(shè)備，最好建立檢測通道， CPU 可以檢測通道來確定輸出結(jié)果的正確性。 指令冗余技術(shù)： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 當(dāng) CPU 受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(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)書寫，這便是指令冗余。指令冗余無疑會降低系統(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事了，解決這個(gè)問題必須采用軟件容錯(cuò)技術(shù)。 （壓縮） 4﹑軟件陷阱技術(shù)： 指令冗余使彈飛的程序安定下來是有條件的。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，在那里有一段專門對程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。如果我們把這段 程序的入口標(biāo)號記為 ERR 的話，軟件陷阱即為一條無條件轉(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 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 容量不成問題的條件下，還是多多益善。 “看門狗”技術(shù) 看門狗 (Watch Dog Timer，簡稱為 WDT)技術(shù)就是最常見的抗干擾技術(shù)。看門狗 WDT 有硬件看門狗和軟件看門狗之分，無論是硬件看門狗還是軟件看門狗實(shí)際上都是一個(gè)可清零的定時(shí)計(jì)數(shù)器。如果該定時(shí)計(jì)數(shù)器用 MCU 芯片外部電路實(shí)現(xiàn)，則為硬件看門狗，如果該定時(shí)計(jì)數(shù)器用 MCU 芯片內(nèi)部定時(shí)器／計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，則稱為軟件看門狗。本文介紹硬件看門狗技術(shù)，并給出了實(shí)用的基于 CD4060 的硬件看門狗電路。 硬件看門狗電路及其工作原理基于 CD4060 的硬件看門狗電路如圖 32 所示，它是針對工程項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)用電路，并且該電路實(shí)際使用情況良好。下面介紹電路的組成及其工作原理。 單片機(jī) AT89C51 的 口設(shè)計(jì)成輸出口，由 AT89C51 的 CPU 向看門狗電路發(fā)送喂狗信號 —— 正脈沖，在兩個(gè)正脈沖間隔內(nèi)， 保持為低電平 (此功能要結(jié)合軟件洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 才能實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)在下面介紹 )。我們知道，單片機(jī) AT89C51 的 I／ O口帶灌電流負(fù)載的能力比較大，每個(gè)引腳低電平時(shí)的吸入電流為 20 mA，帶拉電流負(fù)載的能力卻很小，實(shí)測情況是，每個(gè)引腳高電平時(shí)的輸出電流僅 25μA ，現(xiàn)在 口被設(shè)計(jì)成帶拉電流負(fù)載的方式，為了提高 口帶拉電流負(fù)載的能力，所以，電路中設(shè)置了上拉電阻 R3。 14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 CD4060的計(jì)數(shù)脈沖由其內(nèi)部振蕩器和外接阻容元件 R RC1組成的電路產(chǎn)生，振蕩周期為 ： T0SC=R1C1= ms 振蕩器產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖 (矩形波 )可以直接引出，同時(shí)還可以從 CD4060 的 10 個(gè)輸出端 Q4～ Q10 和 Q12～ Q14 得到不同分頻系數(shù)的方波輸出，各方波輸出信號的周期如表 1所示。這樣，如果 CD4060 得不到 CPU 通過 口發(fā)送來的喂狗信號 —— 正脈沖，則 CD4060 的輸出端 Q14 在 內(nèi)將產(chǎn)生一個(gè)完整周期的方波信號，而且低電平在前， 高電平在后，其高電平經(jīng)三極管 VT VT2 處理后形成單片機(jī) AT89C51 的復(fù)位信號，使單片機(jī) AT89C51 復(fù)位。由此可見，單片機(jī) AT89C51 正常工作時(shí)，只要在 內(nèi)從 口送出一個(gè)正脈沖，便可及時(shí)清零看門狗，輸出端 Q14 就不會產(chǎn)生定時(shí)溢出信號，從而使看門狗電路對單片機(jī)系統(tǒng)不起作用。并且，從 CD4060 的 10 個(gè)輸出端Q4～ Q10 和 Q12～ Q14 可以得到不同周期的方波信號，經(jīng)三極管 VT VT2 處理后形成單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位信號，可以適應(yīng)不同用戶應(yīng)用程序，從而該硬件看門狗電路可以適應(yīng)不同的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 對 MCS51 系列的單片機(jī)而言，它所需要的復(fù)位信號是高電平寬度大于 2 個(gè)機(jī)器周期的正脈沖，例如，單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖頻率為 12 MHz 時(shí)，則所需要的復(fù)位信號高電平寬度為 2μs 以上就可以了，而由上面的分析可知， CD4060 的 Q14 輸出的是高電平寬度 為 s 的方波，如果讓它直接作為單片機(jī)的復(fù)位信號，則單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間勢必在 s 以上，這樣盡管可以使程序跑飛的單片機(jī)復(fù)位，但是顯然沒有做到盡快地引導(dǎo)跑飛的程序到正確的軌道來，如果 這樣做的話，對于某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)而言可能帶來非常嚴(yán)重的后果。 三極管 VT VT2 及其周圍阻容元件構(gòu)成波形轉(zhuǎn)換電路，把較寬的正脈沖變換為較窄的正脈沖，從而較好地解決了上述的問題。三極管VT VT2 構(gòu)成的 2 級直接耦合放大器作為緩沖器使用，它是 CD4060 的輸出端 Q14 的灌電流負(fù)載， C R8 是微分電路。 經(jīng)分析后不難看出，電路中的 R R C2 還具有單片機(jī)上電復(fù)位的功能。 PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，也可能使程序陷入