系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1單片機(jī)C語言單片機(jī)以體積小、重量輕、靈活性強(qiáng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于智能儀表、電氣設(shè)備、家用電器等的研制開發(fā)，其中又以8位機(jī)更為普遍。在80年代中期，公司將8051內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)給世界許多著名的IC制造廠商如:PHILPS，西門子，AMD，，NEC，Atmel等，使得8051成為具有眾多廠商支持的、發(fā)展出上百個(gè)品種的大家族，推出的80C251也是與8051在機(jī)器代碼級兼容的，保證了51系列用戶在21世紀(jì)的技術(shù)領(lǐng)先性。另外，很多廠商為8051開發(fā)了大量的配套接口芯片，極大地方便了用戶。因此，盡管16位機(jī)開始流行，但51系列的8位機(jī)在將來很長一段時(shí)間內(nèi)還是研發(fā)控制設(shè)備的主流機(jī)。隨著硬件的發(fā)展，8051軟件工具已有C編譯器及實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS(Real2TimeOperatingSystem)，在RTOS支持下，程序設(shè)計(jì)調(diào)試更容易、更可靠、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，并且縮短了研發(fā)周期。5.2C51語言編程簡介C語言是源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的一種語言，是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，產(chǎn)生的代碼緊湊，可以深入到機(jī)器內(nèi)部編程，具備若干匯編語言所具有的特點(diǎn)，又優(yōu)于匯編語言。C程序本身并不依賴于機(jī)器的硬件系統(tǒng)，基本上不作修改就可以根據(jù)單片機(jī)的不同較快地移植過來。早在1985年就開始出現(xiàn)了8051單片機(jī)的C語言編譯器，將C語言代碼編譯成51單片機(jī)的機(jī)器代碼。常見的產(chǎn)品有AmericanAutomation，Archimedes，Avocet，Bso/Tasking,Franklin，Intermetrics，MCC，Dunfields等，它們各具特點(diǎn)，但用的比較多的還是Archimedes和Franklin。Franklin產(chǎn)生的代碼緊湊，使用也方便；Archimedes的性能完善，資料完善。51C程序結(jié)構(gòu)與一般語言程序結(jié)構(gòu)并沒有本質(zhì)上的差別，也是只有一個(gè)主函數(shù)和若干函數(shù)組成。在51C的頭文件中有其庫函數(shù)的說明，可以通過include預(yù)處理指令將頭文件包含在自己的文件中即可調(diào)用。每個(gè)函數(shù)的定義及調(diào)用規(guī)則基本上與一般的C一樣，實(shí)際上51C程序的設(shè)計(jì)過程也就是一系列函數(shù)的定義過程，熟悉C語言程序設(shè)計(jì)的人很容易掌握。盡管51C與一般C程序設(shè)計(jì)方法基本相同，但畢竟是針對單片機(jī)及其硬件系統(tǒng)所進(jìn)行的程序設(shè)計(jì)，與常規(guī)意義上的C編程有所區(qū)別。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，必需注意以下幾個(gè)問題。存儲區(qū)的定位及訪問。必須了解編譯器的數(shù)據(jù)類型以及與51單片機(jī)存儲器結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系，編譯器定義的任何數(shù)據(jù)類型必須以一定的存儲類型方式定位在單片機(jī)的某一存儲區(qū)中，否則沒有任何實(shí)際意義。比如，F(xiàn)ranklin51C編譯器所支持的存儲類型中，類型可以直接尋址片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲區(qū)，訪問速度也比較快；Bdata類型能夠?qū)ζ瑑?nèi)數(shù)據(jù)存儲區(qū)進(jìn)行位尋址，并且允許位與字節(jié)混合訪問；idata類型就只能間接尋址片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲區(qū)，它可以訪問片內(nèi)全部RAM地址空間；而在使用Code存儲類型時(shí)，編譯器就會自動(dòng)將其定義在代碼空間(ROM或EPROM)中。特殊功能寄存器的訪問。對于片內(nèi)特殊功能寄存器SFR的訪問，編譯器都提供了專門的方法，這些方法與一般C語言是不兼容的，只適用于單片機(jī)C編程。比如，F(xiàn)ranklin51C編譯器是通過引入關(guān)鍵字“”來實(shí)現(xiàn)的，其語法結(jié)構(gòu)為:sfrSFR_‘’intconstant‘；’,例如:sfrSCON=0x80,就定義了串口控制寄存器的地址為80H。并行接口的定義。51單片機(jī)有4個(gè)8位并行口,共32條線，這是大家熟知的，這4個(gè)口原則上都可以作為使用，只是在需要外部總線擴(kuò)展時(shí)，才將P0用作數(shù)據(jù)低地址總線，P2用作高地址總線。除此之外，還可以在片外擴(kuò)展硬件口。51單片機(jī)沒有專用的指令，所有口地址與數(shù)據(jù)存儲器地址時(shí)是統(tǒng)一編址的。在使用51C對單片機(jī)進(jìn)行編程時(shí)，對這些口的訪問也是通過關(guān)鍵字“”定義的，可以在頭文件中定義，也可以在程序的開始部分進(jìn)行定義。例如:sfrP0=0x90，就定義了P090H。位變量的定義。51C除了支持一般C語言所具有的數(shù)據(jù)類型外，還支持“位”數(shù)據(jù)類型。它是通過關(guān)鍵字“Bit”來實(shí)現(xiàn)的。比如:Bitdisp_in，就定義了變量disp_in為位變量。但是，不能將位變量定義成指針，也不能定義位數(shù)組。目前支持51系列單片機(jī)的語言除了匯編、51C以外，還有BASIC和PL/M。BASIC是一種初學(xué)編程的語言，現(xiàn)在已很少有人去用了。PL/M是從8080微處理器開始為其系列產(chǎn)品開發(fā)的編程語言，它很像Pascal，也是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，使用關(guān)鍵字定義結(jié)構(gòu)，用其開發(fā)的程序通過PL/M編譯器編譯后也能生成緊湊的代碼。但是，它的運(yùn)算能力較差，沒有豐富的庫函數(shù)支持，學(xué)習(xí)PL/M無異于學(xué)習(xí)一種新語言。因此，比較而言用51C對單片機(jī)編程是最方便、快捷的方法，如果熟悉，TurboC，只要在此基礎(chǔ)上遵從它的一些特殊規(guī)定就能開發(fā)出較優(yōu)化的程序，開發(fā)周期則比用匯編語言短得多。5.3倒車?yán)走_(dá)處理流程本裝置的控制軟件要完成系統(tǒng)的初始化，控制觸發(fā)脈沖信號的發(fā)射與接收，根據(jù)定時(shí)時(shí)間計(jì)算障礙物的距離，根據(jù)計(jì)數(shù)頻率計(jì)算汽車車速，判斷所測距離是否在車速所對應(yīng)的安全范圍內(nèi)，并根據(jù)計(jì)算和判斷結(jié)果產(chǎn)生碼和相應(yīng)頻率的脈沖信號，以驅(qū)動(dòng)語音報(bào)警和發(fā)聲電路。實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的主流程圖如圖5-1所示。否是圖Fig.5-1flowreversing圖5-2倒車?yán)走_(dá)測距子程序流程圖5.4倒車?yán)走_(dá)的模擬測試方法通過模擬的方法，可以對倒車?yán)走_(dá)的性能測試。測試中，需要用到的道具為模擬障礙物、皮卷尺。模擬障礙物：高度45厘米的雪糕桶一組之所以選取高度為45厘米的雪糕桶作為模擬障礙物，是因?yàn)檫@一高度幾乎是所有轎車后保險(xiǎn)桿所處的高度，如果車后有這個(gè)高度的障礙物，倒車時(shí)碰到就會損傷后保險(xiǎn)桿，倒車?yán)走_(dá)對此具有報(bào)警提示能力。測量距離工具：皮卷尺。由于測試距離范圍在0.2米到1.5米之間，選用皮卷尺可以滿足這一要求。測試場地：一塊水平無障礙鋪裝路面，可以避免了外界物體對倒車?yán)走_(dá)工作的干擾。測評程序如下：1）預(yù)警距離測試：將一個(gè)雪糕桶擺在探頭的正后方，由遠(yuǎn)到近緩慢靠近倒車?yán)走_(dá)，分別在遠(yuǎn)、近兩端測量雪糕桶到倒車?yán)走_(dá)的實(shí)際距離。2）分級報(bào)警測試：將雪糕桶分別放置于三級報(bào)警的范圍內(nèi)，緩緩移動(dòng)，觀察倒車?yán)走_(dá)的報(bào)警是否在級別距離界限時(shí)實(shí)現(xiàn)。3）探測死角測試：將雪糕桶中心頂偏離探頭中心，測試倒車?yán)走_(dá)是否能發(fā)現(xiàn)。根據(jù)資料分析，倒車?yán)走_(dá)常見的問題是存在探測死角。倒車?yán)走_(dá)經(jīng)常對高度在50厘米以下的障礙物視而不見，其原因是探測聲波波束太窄，當(dāng)障礙物偏離探頭的正對角度時(shí)，存在較大的探測盲區(qū)，對管錐狀障礙物探測存在較多的死角[9]。5.5提高倒車?yán)走_(dá)性能與精度的方法5.5.1換能器選擇與安裝根據(jù)所需要的精度、距離和系統(tǒng)成本，有幾種不同的實(shí)施方案可供選擇。換能器的頻率和功率越大，精度就越高。換能器頻率越高，其體積越小，也就使得系統(tǒng)可以更簡便地安裝到汽車上。頻率低的換能器也有好處，其探測范圍更大，更容易探測到換能器周圍的物體。一種可降低干擾的廉價(jià)技術(shù)是，在接收換能器周圍加一根3厘米的管子，這樣就可以集中接收有效信號，并增加方向性。影響系統(tǒng)性能下降的一個(gè)重要因素是，在發(fā)射器和揚(yáng)聲器之間的串?dāng)_。只有發(fā)射脈沖在接收換能器中的作用徹底消失，接收信號才能被探測到。在這兩個(gè)組件之間盡可能減少機(jī)械耦合很重要?？刹捎玫募夹g(shù)是，將每個(gè)換能器安裝在不同的PCB上。如果它們共用一個(gè)基板，可以在換能器后面放一塊薄的泡沫塑料。如果發(fā)射接收運(yùn)用單換能器解決方案，那么應(yīng)該通過軟件在發(fā)射之后和啟用接收部分之前設(shè)置一個(gè)足夠長的延遲。應(yīng)該避免給換能器增加任何保護(hù)涂層。所有這些技術(shù)都能改進(jìn)超聲系統(tǒng)的性能。5.5.2關(guān)于系統(tǒng)精度的提高1）溫度傳感器消除該項(xiàng)誤差由于當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)超聲波的傳播速度也隨之改變，這將會引起測距誤差。利用溫度傳感器測量空氣溫度再送主控器中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，即可消除該項(xiàng)誤差。2）改善接收器LC帶通濾波器效果，可以增加信號保真度和系統(tǒng)精度。反射信號的額外增益級對增加探測范圍和提高精度也有幫助。5.6抗干擾數(shù)字濾波隨著高性能價(jià)格比單片機(jī)的不斷問世，其應(yīng)用更加廣泛深入，單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性也變得越來越突出。決定單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的因素很多，有系統(tǒng)本身的原因，也有外在的原因。如靜電干擾和各種電磁干擾造成單片機(jī)系統(tǒng)可靠性下降。外在因素是以某種電信號的形式，通過一定的途徑侵入單片機(jī)系統(tǒng)而發(fā)生作用的。這種信號對單片機(jī)系統(tǒng)來說是無用信號，它往往混在有用信號之中，造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。在電子學(xué)中，把外來的無用信號統(tǒng)稱為干擾。抗干擾的方法有硬件和軟件兩種。硬件抗干擾發(fā)展的歷史較長，理論和實(shí)踐比較成熟。而軟件抗干擾發(fā)展較晚，還沒有形成較完善的理論。事實(shí)已經(jīng)證明:軟件抗干擾和硬件抗干擾一樣，已成為單片機(jī)系統(tǒng)可靠工作的重要手段。5.6.1軟件抗干擾的原理軟件抗干擾最早源于數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)。1953年，Dagget和Rich在Whirl2Wind計(jì)算機(jī)上采用了循環(huán)程序控制技術(shù)，通過控制啟停開關(guān)來重復(fù)執(zhí)行預(yù)選的程序，并在一些主要的檢驗(yàn)點(diǎn)觀察響應(yīng)，以診斷系統(tǒng)內(nèi)的故障。1959年，Eldred提出了第一篇關(guān)于組合電路的測試報(bào)告，并實(shí)際應(yīng)用于第一代的電子管計(jì)算機(jī)Datamatic2100的診斷中。軟件抗干擾與數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷有聯(lián)系，但又有區(qū)別。故障診斷著眼于系統(tǒng)內(nèi)部故障的檢測與定位。而軟件抗干擾則側(cè)重于對干擾信號的克服。當(dāng)然，也包含對系統(tǒng)內(nèi)部故障的檢測，但這種故障不是系統(tǒng)內(nèi)部元件所致，而是由于外部干擾所致。因?yàn)榻M成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件是軟件的載體，只有硬件完好，軟件才能正常發(fā)揮作用，如果硬件有故障，軟件也就失去了基礎(chǔ)，抗干擾也就無從談起了。軟件抗干擾的本質(zhì)是，在有干擾存在的情況下利用編程技術(shù)來抵消其影響。即當(dāng)干擾使單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)一定的運(yùn)行性故障時(shí)，能夠依靠系統(tǒng)內(nèi)駐的能力程序保持系統(tǒng)連續(xù)正確地執(zhí)行其程序和輸入輸出的功能。因此，軟件抗干擾過程實(shí)質(zhì)是一個(gè)干擾容錯(cuò)過程，是容錯(cuò)技術(shù)在軟件設(shè)計(jì)中的具體體現(xiàn)。對侵入單片機(jī)系統(tǒng)的干擾，用軟件來消除不僅是必要的，而且，也是最經(jīng)濟(jì)、最可行的。高性能單片機(jī)以其豐富的指令功能和極高的運(yùn)行速度，為軟件抗干擾提供了良好的條件。一般來說，單片機(jī)執(zhí)行指令的速度為幾微秒，甚至更低，而系統(tǒng)的輸入信號如開關(guān)觸點(diǎn)、溫度、壓力、流量等和輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)如機(jī)電裝置)變化速度相對要慢得多。一旦干擾使系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到破壞，單片機(jī)便利用其速度上的優(yōu)勢，通過執(zhí)行抗干擾軟件程序)來克服干擾的影響，使系統(tǒng)仍能保持正常工作。由此可知，單片機(jī)是以執(zhí)行抗干擾軟件程序所花的時(shí)間為代價(jià)，換來了系統(tǒng)的可靠。5.6.2軟件抗干擾的方法需要指出的是:這里所謂的軟件抗干擾是針對以單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)而言的。根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用下面介紹的方法，可以有效地防止干擾對系統(tǒng)造成的各種不良影響。數(shù)字濾波在單片機(jī)系統(tǒng)中，輸入模擬量中不可避免地含有隨機(jī)干擾，使輸入模擬量產(chǎn)生誤差。測量理論告訴我們:對真值的最佳估計(jì)就是N次檢測結(jié)果X,X??,X的算術(shù)平均12N值,可用下式表示：NXN)6XnXXXn1N)(...)(5-1)12N由(5-1)式可知，X的精度取決于檢測次數(shù)N，N值越大精度越高。但誤差理論進(jìn)一步指:如果標(biāo)準(zhǔn)誤差為R，平均誤差值為S則有關(guān)系:，S=RN(5-2)式告訴我們，當(dāng)N從1開始增大時(shí)，平均誤差值S下降較快，隨著N值的進(jìn)一步增大，S值下降變得緩慢。而檢測次數(shù)N的增加則給測量工作帶來很多困難。所以綜合需要和可能，在單片機(jī)系統(tǒng)，N值一般取4～20。在實(shí)際使用中，為了加快存取數(shù)據(jù)的速度，節(jié)省單片機(jī)內(nèi)存資源，可采用遞推或迭代法來計(jì)算。這種方法并不需要存放N個(gè)測量，而是每測得一個(gè)值就采用下列公式計(jì)算一次:X0(XX111XXXX)(XX)/221(5-2112XX(XX)/iii1i1i(XXX)/i(1iN)12i3)其中X——第i次測量值；i——i次測量的平均值。Xi對一些要求不高的簡單應(yīng)用系統(tǒng)，可采用類似體操比賽中的評分辦法，在算平均值之前，先對N一般取4)個(gè)值進(jìn)行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計(jì)算余下的N-2(=個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。它具有計(jì)算方便、速度快、占用內(nèi)存容量小等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)論本文的成果在于設(shè)計(jì)了一個(gè)以AT90S4414為主要芯片，配以超聲波收發(fā)電路，語音播放電路，溫度補(bǔ)償電路（DS1629），復(fù)位及監(jiān)視電路（MAX705）等電路及元器件設(shè)計(jì)組成的語音式倒車?yán)走_(dá)。并介紹了倒車?yán)走_(dá)的概念，組成及發(fā)展歷史，并詳細(xì)介紹了語音式倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)。其意義在于設(shè)計(jì)出了一款成本較低但性能較高的倒車?yán)走_(dá)，其成本僅占市面上較高檔倒車?yán)走_(dá)的1/6，非常適合中低檔車安裝使用。另外通過本次設(shè)計(jì)，使我對單片機(jī)有了更深入更直觀的了解。另外對超聲波測距技術(shù)以及超聲波收發(fā)技術(shù)也有一定的涉及。在設(shè)計(jì)中，為了準(zhǔn)確的測距，我們使用了渡越時(shí)間檢測法，為了提高測量精度加入了溫度補(bǔ)償電路。在使用溫度補(bǔ)償芯片的時(shí)候，DS1629的接口方式為IC