【正文】 18的用于臨時(shí)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(fù)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(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)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(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，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(xì)說明。SCLK為時(shí)鐘輸入端。DS1302與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，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(hù)；D6=0，指定時(shí)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(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)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(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個(gè)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(shè)計(jì) AVR單片機(jī)C語言設(shè)計(jì)目前，AVR系列單片機(jī)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(jī)器的語言是匯編語言，其常用來編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)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(shí)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(diǎn)，比如程序開發(fā)周期較長、浮點(diǎn)運(yùn)算處理復(fù)雜、程序移植性差等不利因素。C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言，它有可移植性，維護(hù)方便，可讀性好等特點(diǎn)。相對于匯編語言，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的應(yīng)用場合使用C語言能夠大大縮短開發(fā)周期，易于維護(hù)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(fù)雜的MCU指令集。本設(shè)計(jì)采用C語言來編譯程序。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)。因此，軟件的設(shè)計(jì)上，運(yùn)用了模塊化程序的結(jié)構(gòu)對軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)的C編譯工具。它具有代碼編譯器，C編譯器，項(xiàng)目管理器，另外它還有外圍設(shè)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的ANSI C，支持32位的長整數(shù)的32位的單精度浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，支持在線匯編，同時(shí)也能和單獨(dú)的匯編模塊進(jìn)行接口?？梢陨捎糜贏VR Studio源代碼調(diào)試的目標(biāo)文件。在其IDE中包含了對項(xiàng)目的管理、源文件的編輯、編譯和鏈接源進(jìn)行選擇的設(shè)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(shù)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(diǎn)擊Creat a new project，可以新建一個(gè)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(diǎn)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，選擇器件名和堆棧空間。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(diǎn)擊OK后出現(xiàn)35界面。圖35 新建文件界面 new file interface點(diǎn)擊FileNewEmpty file，便建立了一個(gè)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(jìn)電機(jī)帶動(dòng)超聲波模塊轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測跑道左右兩側(cè)障礙物情況，并置相應(yīng)的標(biāo)志位顯示此次循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)開機(jī)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(dāng)把電源接入系統(tǒng)測試電壓時(shí)。經(jīng)過測算，發(fā)現(xiàn)光電傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)正常工作時(shí)需要180ma至220ma電流，又由于電源線過長且線徑比較細(xì)，導(dǎo)致線上阻抗大，引起線上壓降大。當(dāng)把電源線縮短，加粗線徑時(shí)，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(shí)，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(shí)際分布調(diào)節(jié)8個(gè)光電傳感器的分布，排布為5個(gè)在前，3個(gè)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(yuǎn)。 液晶顯示屏測試測試液晶顯示模塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)液晶顯示屏不顯示內(nèi)容。首先驗(yàn)證供電正常，再次查閱液晶屏引腳資料與實(shí)際連接圖對比。發(fā)現(xiàn)該液晶屏對比度調(diào)節(jié)引腳應(yīng)該懸空，不需要外接對比度調(diào)節(jié)引腳。改正錯(cuò)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(shí)當(dāng)拐彎度數(shù)過大、速度過快的時(shí)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(shí)的PWM值。在超聲波測距中，發(fā)現(xiàn)超聲波測得的準(zhǔn)確距離與錯(cuò)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(gòu)，使得超聲波模塊工作周期至少為100ms。5 抗干擾技術(shù)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(shè)計(jì)中用到的硬件抗干擾：給電機(jī)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(jī)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(jī)的晶振；所有地線組成環(huán)地。本設(shè)計(jì)中用到的軟件抗干擾措施主要有：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[10]。 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)，在采集某一開關(guān)量信號時(shí)，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。同時(shí)在控制外部器件時(shí)，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。 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)書寫，這便是指令冗余。指令冗余無疑會(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。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)。 軟件陷阱技術(shù)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。將把這段程序的入口標(biāo)號記為 ERR ，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 “看門狗”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)”。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，就可以按下人工復(fù)位按鈕，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“看門狗技術(shù)”。“看門狗”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)。在本設(shè)計(jì)中采用ATMega128自帶的看門狗功能[11]。6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析本設(shè)計(jì)致力于智能汽車的開發(fā)和應(yīng)用，設(shè)計(jì)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(jī)械方面的故障和性能方面的不匹配。整個(gè)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(shí)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(jià)格上漲，以及石油自身?xiàng)l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(yùn)用，以及對汽車燃料的節(jié)省。所以本設(shè)計(jì)中對汽車的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)其職能汽車的自動(dòng)道路識(shí)別也是對智能汽車這個(gè)大的研究方向的一個(gè)方面，即具有很強(qiáng)的理論性，也包含現(xiàn)況的要求。 由于本設(shè)計(jì)是在現(xiàn)有知識(shí)水平上設(shè)計(jì)的小車，所以本設(shè)計(jì)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(chǔ)。7 結(jié)論本設(shè)計(jì)完成了既定的目標(biāo)：小車循跡、避障。在對小車的實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行綜合考慮的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并制作了硬件電路，為小車的控制提供了良好的硬件平臺(tái)，主要包括：電源管理模塊電路的設(shè)計(jì)、單片機(jī)接口和數(shù)據(jù)處理電路、光電管路徑識(shí)別電路、超聲波避障電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(shè)與檢測，通過檢測傳感器與黑線的相對位置，能夠準(zhǔn)確確定當(dāng)前小車的位置偏差,為小車的循跡提供依據(jù)。本設(shè)計(jì)還存在不足之處。一是小車循跡時(shí)的穩(wěn)定性還可以進(jìn)一步的提高，小車在直線道路上行駛的時(shí)候比較穩(wěn)定，在彎道上的穩(wěn)定性就差一些。在走彎道時(shí)，小車的車身會(huì)有一定的擺動(dòng)，在以后的研究中可以加入PID算法解決這個(gè)問題。二是設(shè)計(jì)中缺少通迅模塊，無法實(shí)現(xiàn)人為遙控小車。在以后研究中可以加入藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)藍(lán)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(yīng)不斷豐富小車的功能，使其更加貼近實(shí)際，并且朝著可以在實(shí)際中使用的方向去研究制作。致謝本設(shè)計(jì)是在白艷紅老師的細(xì)心、耐心的指導(dǎo)下完成的。白老師在方向選擇、搜集整理資料、撰寫開題報(bào)告和論文、修改論文的每個(gè)環(huán)節(jié)中都給予我細(xì)心的輔導(dǎo)和幫助。白老師有著學(xué)者的風(fēng)范，專業(yè)技術(shù)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(shù)、做事的態(tài)度將對我以后的學(xué)習(xí)和生活有著積極向上的影響。每當(dāng)我有疑問或難題解決不了去找白老師的時(shí)候，白老師都會(huì)耐心的指導(dǎo)我；我不明白的問題，她會(huì)不厭其煩的為我解釋，直達(dá)我弄明白為止。在完成論文的過程中，我還得到了很多同學(xué)的幫助，使我深深感覺到了我們班這個(gè)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(shí)，彷徨、失望的時(shí)候是他們鼓勵(lì)我；在我懈怠、停滯不前時(shí)，是家人一直的激勵(lì)我，沒有家人的關(guān)懷和幫助我不可能如此順利的完成學(xué)業(yè)。我會(huì)永遠(yuǎn)記得所有人對我的幫助。最后感謝在百忙之中抽出時(shí)間評閱論文的各位老師和學(xué)者。由于知識(shí)水平有限，錯(cuò)誤在所難免，懇請各位老師批評指正。參考文獻(xiàn)[1] [M].:北京航空航天大學(xué)出版社,2011.[2] 張毅剛,彭喜媛,彭宇,(等).單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].:高等教育出版社,2010.[3] [M].:中國電力出版社,2012.[4] Richard Bamett. 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