【正文】 18的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。表228 DS1302引腳定義 pin definition of DS1302引腳XX2GND/RSTI/OSCLKVCCVCC2功能地復位數(shù)據(jù)口串行引腳電源其中Vcc1為主電源，VCC2為后備電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源。RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的方法。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端（雙向），后面有詳細說明。SCLK為時鐘輸入端。DS1302與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位D7必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)；D5～D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位D0為邏輯0，指定寫操作（輸入）， D0=1，指定讀操作（輸出）。在DS1302的時鐘日歷或RAM進行數(shù)據(jù)傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。圖214 DS1302連接圖 connection graph of DS1302 3 系統(tǒng)的軟件設計 AVR單片機C語言設計目前，AVR系列單片機使用的編程語言主要有匯編語言和C語言這兩種。 最接近機器的語言是匯編語言，其常用來編制與系統(tǒng)硬件相關的程序，如訪問I/O口、中斷處理程序等，它是一種最快而又最有效的語言，在對于程序的空間和時間要求很高的場合中使用匯編語言是最佳的選擇，然而匯編語言也有其自身的缺點，比如程序開發(fā)周期較長、浮點運算處理復雜、程序移植性差等不利因素。C語言是一種結(jié)構化的高級語言，它有可移植性，維護方便，可讀性好等特點。相對于匯編語言，在結(jié)構復雜的應用場合使用C語言能夠大大縮短開發(fā)周期，易于維護和移植，甚至有更高的代碼效率。而且使用C語言作為編程語言可以跳過復雜的MCU指令集。本設計采用C語言來編譯程序。模塊化結(jié)構程序的設計，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設計。因此，軟件的設計上，運用了模塊化程序的結(jié)構對軟件進行設計，使得程序變得更加直觀易懂。目前支持AVR的C編譯器有ICCAVR、IAR、GUN C、CVAVR等。其中ICCAVR是一種符合ANSI標準的C編譯工具。它具有代碼編譯器，C編譯器，項目管理器，另外它還有外圍設備初始化，在線編程等功能。ICCAVR是一款低成本、高性能的C語言編譯器，其包括C編譯器和IDE集成編譯環(huán)境。該編譯器支持所有的AVR系列芯片，自動生成對I/O寄存器操作的I/O指令。其編譯器是對通用C編譯器的移植，完全支持標準的ANSI C，支持32位的長整數(shù)的32位的單精度浮點數(shù)計算，支持在線匯編，同時也能和單獨的匯編模塊進行接口?？梢陨捎糜贏VR Studio源代碼調(diào)試的目標文件。在其IDE中包含了對項目的管理、源文件的編輯、編譯和鏈接源進行選擇的設置，還有內(nèi)置ISP編程界面。但由于該編譯器源自于通用C編譯器，所以幾乎完全不支持位尋址。并且國內(nèi)廣州雙龍公司是ICCAVR的代理商。具有豐富的資料和技術支持，是國內(nèi)非常流行的AVR C編譯器[9]。 ICCAVR編譯器軟件打開ICCAVR軟件后，出現(xiàn)如圖31所示界面。圖31 ICCAVR軟件界面 ICCAVR software interface點擊Creat a new project，可以新建一個工程，如圖32所示。圖32 新建工程界面 new construction interface選擇ImageCraft AVR Project，然后點擊GO，出現(xiàn)如圖33界面。圖33 新建工程名界面 new engineering of the interface在對話框中選擇工程名和保存路徑，然后出現(xiàn)34界面，選擇器件名和堆?？臻g。圖34 選擇器件名和堆?？臻g selected device name and stack space在Device Configuration下拉菜單中選擇ATMega128，Return Stack Size中填入40（至少為30）。點擊OK后出現(xiàn)35界面。圖35 新建文件界面 new file interface點擊FileNewEmpty file，便建立了一個空的文本框。圖36 輸入程序界面 input program interface輸入程序后，則將文本保存成*.c。 系統(tǒng)程序流程圖YNYN超聲波測距距離≤45cm減速，再次測量距離≤40cm停車，步進電機帶動超聲波模塊轉(zhuǎn)動，檢測跑道左右兩側(cè)障礙物情況，并置相應的標志位顯示此次循環(huán)運行狀態(tài)開機延遲5s循跡圖37系統(tǒng)控制流程圖 car system control flow chart系統(tǒng)程序見附錄C。4 系統(tǒng)的總體調(diào)試 硬件測試 電源測試按照電源電路圖連接好電路之后測試輸出電壓，發(fā)現(xiàn)各部分正常工作，能夠穩(wěn)定輸出5V。當把電源接入系統(tǒng)測試電壓時。經(jīng)過測算，發(fā)現(xiàn)光電傳感器和單片機系統(tǒng)正常工作時需要180ma至220ma電流，又由于電源線過長且線徑比較細，導致線上阻抗大，引起線上壓降大。當把電源線縮短，加粗線徑時，線上壓降過大的狀況得到改善。 光電傳感器測試測試光電傳感器電路時，在桌面上墊一張白紙，用萬用表測試光電傳感器輸出端的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓都低于2V；然后將光電傳感器放在黑線上，再次測試光電傳感器的輸出電壓，發(fā)現(xiàn)電壓都高于3V。最后調(diào)節(jié)可變電阻器旋鈕。根據(jù)黑線的實際分布調(diào)節(jié)8個光電傳感器的分布，排布為5個在前，3個在后，用數(shù)字編號；2工作在黑線上，3和5和6分別在2兩邊夾住黑線，7和8則離得相對較遠。 液晶顯示屏測試測試液晶顯示模塊時，發(fā)現(xiàn)液晶顯示屏不顯示內(nèi)容。首先驗證供電正常，再次查閱液晶屏引腳資料與實際連接圖對比。發(fā)現(xiàn)該液晶屏對比度調(diào)節(jié)引腳應該懸空，不需要外接對比度調(diào)節(jié)引腳。改正錯誤后，液晶屏能正常顯示內(nèi)容。 軟件調(diào)試小車在跑道循跡時當拐彎度數(shù)過大、速度過快的時候，小車偏離軌道。解決辦法：調(diào)整光電傳感器的分布，并且將光電傳感器向前伸出一些。將速度向下降一些，調(diào)整拐彎時的PWM值。在超聲波測距中，發(fā)現(xiàn)超聲波測得的準確距離與錯誤距離輪換出現(xiàn)。解決辦法：查找HCSR04手冊，發(fā)現(xiàn)超聲波測距的周期至少為80ms。修改程序結(jié)構，使得超聲波模塊工作周期至少為100ms。5 抗干擾技術提高系統(tǒng)的可靠性，主要方法有硬件抗干擾和軟件抗干擾。本設計中用到的硬件抗干擾：給電機加濾波電路，電容、電感引線盡量短；，以減小IC對電源的影響，并且電容盡量靠近所并聯(lián)的器件。晶振與單片機引腳盡量靠近，在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振；所有地線組成環(huán)地。本設計中用到的軟件抗干擾措施主要有：開關量的軟件抗干擾技術、指令冗余技術、軟件陷阱技術等[10]。 開關量的軟件抗干擾技術干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一點，在采集某一開關量信號時，多次重復采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效。同時在控制外部器件時，有效的方法就是重復輸出同一個數(shù)據(jù)。只要有可能，其重復周期盡可能短些。外設設備接受到一個被干擾的錯誤信息后，還來不及作出有效的反應，一個正確的信息又來了，就可及時防止錯誤動作的產(chǎn)生。 指令冗余技術當CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。當程序彈飛到某一字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。當彈飛到某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。當程序彈飛到三字節(jié)指令上時，因它有兩個操作數(shù)，繼續(xù)出錯的機會就更大。因此，我們應多采用單字節(jié)指令（NOP)或?qū)巫止?jié)指令重復書寫，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。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。指令冗余技術可以減少程序彈飛的次數(shù)，使其很快進入程序軌道，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，解決這個問題必須采用軟件容錯技術。 軟件陷阱技術軟件陷阱，就是一套引導指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。將把這段程序的入口標號記為 ERR ，軟件陷阱即為一條無條件轉(zhuǎn)移指令，為了加強其捕捉效果，一般還在它前面加兩條 NOP 指令，因此真正的軟件陷阱由3條指令構成： NOP NOP ERR “看門狗”技術 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)”。指令技術、軟件陷阱技術不能使失控的程序擺脫“死循環(huán)”的困境，這時系統(tǒng)完全癱瘓。如果操作者在場，就可以按下人工復位按鈕，強制系統(tǒng)復位。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行人工復位。為使程序脫離“死循環(huán)”，通常采用“看門狗技術”?！翱撮T狗”技術就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運行時間，若發(fā)現(xiàn)時間超過已知的循環(huán)設定時間，則認為系統(tǒng)陷入了“死循環(huán)”，然后強迫程序返回到0000H入口，在0000H處安排一段出錯處理程序，使系統(tǒng)運行納入正規(guī)。在本設計中采用ATMega128自帶的看門狗功能[11]。6 技術經(jīng)濟分析本設計致力于智能汽車的開發(fā)和應用，設計的過程中從硬件電路的搭接、調(diào)試保證硬件電路無任何機械方面的故障和性能方面的不匹配。整個過程使用的工具和元器件都非常簡化，所以在制作的過程中容易實現(xiàn)。智能汽車的研究和發(fā)展是未來汽車發(fā)展的趨勢，隨著目前石油的價格上漲，以及石油自身條件的影響，以后燃燒汽車的原料將原越來越緊缺，這必將增加人們對汽車新能源的開發(fā)和運用，以及對汽車燃料的節(jié)省。所以本設計中對汽車的設計，實現(xiàn)其職能汽車的自動道路識別也是對智能汽車這個大的研究方向的一個方面，即具有很強的理論性，也包含現(xiàn)況的要求。 由于本設計是在現(xiàn)有知識水平上設計的小車，所以本設計對未來智能汽車的發(fā)展前景提供了雛形，為智能汽車的全智能化提供基礎。7 結(jié)論本設計完成了既定的目標：小車循跡、避障。在對小車的實現(xiàn)功能進行綜合考慮的基礎上,設計并制作了硬件電路，為小車的控制提供了良好的硬件平臺，主要包括：電源管理模塊電路的設計、單片機接口和數(shù)據(jù)處理電路、光電管路徑識別電路、超聲波避障電路、電機驅(qū)動電路、液晶顯示電路。完成了小車控制系統(tǒng)的軟件編程，在該系統(tǒng)中采用ICCAVR編譯器，用C語言實現(xiàn)模塊化結(jié)構設計，主要包括：主程序模塊、循跡模塊、避障模塊、顯示模塊。完成了基于紅外光電對管的道路鋪設與檢測，通過檢測傳感器與黑線的相對位置，能夠準確確定當前小車的位置偏差,為小車的循跡提供依據(jù)。本設計還存在不足之處。一是小車循跡時的穩(wěn)定性還可以進一步的提高，小車在直線道路上行駛的時候比較穩(wěn)定，在彎道上的穩(wěn)定性就差一些。在走彎道時，小車的車身會有一定的擺動，在以后的研究中可以加入PID算法解決這個問題。二是設計中缺少通迅模塊，無法實現(xiàn)人為遙控小車。在以后研究中可以加入藍牙模塊，實現(xiàn)藍牙遙控小車。此次做的小車系統(tǒng)的規(guī)模相對較小，在后續(xù)研究中應不斷豐富小車的功能，使其更加貼近實際，并且朝著可以在實際中使用的方向去研究制作。致謝本設計是在白艷紅老師的細心、耐心的指導下完成的。白老師在方向選擇、搜集整理資料、撰寫開題報告和論文、修改論文的每個環(huán)節(jié)中都給予我細心的輔導和幫助。白老師有著學者的風范，專業(yè)技術水平非常高，并且待人親切，這些都給我留下了深刻的印象。白老師做人的藝術、做事的態(tài)度將對我以后的學習和生活有著積極向上的影響。每當我有疑問或難題解決不了去找白老師的時候，白老師都會耐心的指導我；我不明白的問題，她會不厭其煩的為我解釋，直達我弄明白為止。在完成論文的過程中，我還得到了很多同學的幫助，使我深深感覺到了我們班這個大家庭的溫暖。最后，我還要感謝我所有的家人，在我有困難時，彷徨、失望的時候是他們鼓勵我；在我懈怠、停滯不前時，是家人一直的激勵我，沒有家人的關懷和幫助我不可能如此順利的完成學業(yè)。我會永遠記得所有人對我的幫助。最后感謝在百忙之中抽出時間評閱論文的各位老師和學者。由于知識水平有限，錯誤在所難免，懇請各位老師批評指正。參考文獻[1] [M].:北京航空航天大學出版社,2011.[2] 張毅剛,彭喜媛,彭宇,(等).單片機原理及應用[M].:高等教育出版社,2010.[3] [M].:中國電力出版社,2012.[4] Richard Bamett. Embedd