单片机智能小车控制系统(原理图+设计方案) 第11页
4.4 软件抗干扰技术
提高玩具车智能控制的可靠性，仅靠硬件抗干扰是不够的，需要进一步借助于软件抗干扰技术来克服某些干扰[6]。在单片机控制系统中，如能正确的采用软件抗干扰技术，与硬件干扰措施构成双道抗干扰防线，无疑为了将大大提高控制系统的可靠性。经常采用的软件抗干扰技术是数字滤波技术、开关量的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱技术等。
4.4.1、数字滤波技术：
一般单片机应用系统的模拟输入信号中，均含有种种噪音和干扰，它们来自被测量本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪音和干扰。对于这类信号，采用积分时间等于20ms的整数倍的双积分A/D转换器，可有效的消除其影响。后者为随机信号，它不是周期信号。对于随机干扰，我们可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比 ，有以下几个优点：
数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。
数字滤波可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便，功能强的特点。
数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。
数字滤波器具有以上优点，所以数字滤波在微机应用系统中得到了广泛应用。
4.4.2、开关量的软件抗干扰技术：
干扰信号多呈毛刺状，作用时间短，利用这一点，我们在采集某一开关量信号时，可多次重复采集，直到连续两次或两次以上结果完全一致方为有效。若多次采样后，信号总是变化不定，可停止采集，给出报警信号，由于开关量信号主要是来自各类开关型状态传感器，如限位开关、操作按钮、电气触点等，对这些信号的采集不能用多次平均的方法，必须绝对一致才行。如果开关量信号超过8个，可按8个一组进行分组处理，也可定义多字节信息暂存区，按类似方法处理。在满足实时性要求的前提下，如果在各次采集数字信号之间接入一段延时，效果会好一些，就能对抗较宽的干扰。
输出设备是电位控制型还是同步锁存型，对干扰的敏感性相对较大。前者有良好的抗‘毛刺’干扰能力，后者不耐干扰，当锁存线上出现干扰时，它就会盲目锁存当前的数据，也不管此时数据是否有效。输出设备和惯性（响应速度）与干扰的耐受能力也有很大关系。惯性大的输出设备（如各类电磁执行机构）对‘毛刺’干扰有一定的耐受能力。惯性小的输出设备（如通行口、显示设备）耐受能力就小一些。在软件上，最为有效的方法就是重复输出同一个数据。只要有可能，其重复周期尽可能短些。外设设备接受到一个被干扰的错误信息后，还来不及作出有效的反应，一个正确的信息又来了，就可及时防止错误动作的产生。另外，各类数据锁存器尽可能和CPU安装在同一电路板上，使传输线上传送的都是锁存好的电位控制信号，对于重要的输出设备，最好建立检测通道，CPU可以检测通道来确定输出结果的正确性。
4.4.3、指令冗余技术：
当CPU受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码来执行，引起程序混乱。当程序弹飞到某一字节指令上时，便自动纳入正轨。当弹飞到某一双字节指令上时，有可能落到其操作数上，从而继续出错。当程序弹飞到三字节指令上时，因它有两个操作数，继续出错的机会就更大。因此，我们应多采用单字节指令（NOP)或将单字节指令重复书写，这便是指令冗余。指令冗余无疑会降低系统的效率，但在绝大多数情况下，CPU还不至于忙到不能多执行几条指令的程度，故这种方法还是被广泛采用。
在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入两条NOP指令，以保证弹飞的程序迅速纳入正确轨道。在某些对系统工作状态重要的指令前也可插入两条NOP指令，以保证正确执行。指令冗余技术可以减少程序弹飞的次数，使其很快进入程序轨道，但这并不能保证在失控期间不干坏事，更不能保证程序纳入正常轨道后就太平无事了，解决这个问题必须采用软件容错技术。
4.4.4﹑软件陷阱技术：
指令冗余使弹飞的程序安定下来是有条件的。首先，弹飞的程序必须落到程序区；其次，必须执行到冗余指令。所谓软件陷阱，就是一套引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。如果我们把这段程序的入口标号记为 ERR 的话，软件陷阱即为一条无条件转移指令，为了加强其捕捉效果，一般还在它前面加两条 NOP 指令，因此真正的软件陷阱由3条指令构成：
软件陷阱安排在以下三种地方：
(1)未使用的中断向量区。
(2)未使用的大片ROM空间
(3)表格
4.4.5、程序区
由于软件陷阱都安排在正常程序执行不到的地方，故不影响程序执行效率，在当前EPROM容量不成问题的条件下，还是多多益善。
4.5 “看门狗”技术
PC受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环” 。指令技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，这时系统完全瘫痪。如果操作者在场，就可以按下人工复位安钮，强制系统复位。但操作者不能一直监视着系统，也往往是在引起不良后果之后才进行人工复位。为使程序脱离“死循环”，通常采用“看门狗技术”。“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H入口，在0000H处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正规。
“看门狗”技术可由硬件实现，可由软件实现，也可由两者结合实现。本系统采用硬件“看门狗”电路。
实现硬件“看门狗”电路方案较多，目前采用较多的方案有以下几种：
1.采用微处理器监控器；
2.采用单稳态电路来实现“看门狗”，单稳定电路可采用74LS123;
3.采用内带震荡器的记数芯片。
本设计采用第三种方案实现“看门狗”电路，下面就对该方案作以介绍。
4.5.1基本原理
CD4060 是带震荡器的14位计数器，由该芯片构成的看门狗电路如图4.2看门狗电路图所示。
4060记数频率由RT和CT决定。设实际的程序所需工作周期为T，分频器记满时间为T’,当T’>T 且系统正常工作时，程序每隔T对4060进行扫描一次，分频且永无记满输出信号。如系统工作不正常（如程序跑飞、死循环等），程序对4060发不出扫描信号，分频器记满输出一脉冲号使CPU复位。
4.5.2参数选择
4060的振荡频率f由 RT 、CT决定。Rs用于改善振荡器的稳定性，Rs 要大于RT。一般取Rs=10RT，且RT>1kΩ,CT≥100pF。如果Rs=450Ω，RT=45Ω，CT=1uF,则f=10HZ。4060的振荡频率和Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14)的选择要根据情况确定。
4.5.3几个原则
看门狗电路必须由硬件逻辑组成，不宜由可编程计数器充当，因为CPU失控后，可能会修改可编程器件参数，使看门狗失效。
4060的RST线上阻容组成的微分电路很重要，因为扫描输入信号是CPU产生的正脉冲，若此信号变“1”后，由于干扰，程序乱飞，微分电路只能让上跳沿通过，不会封死4060，看门狗仍能计数起作用。若没有微分电路，扫描输入信号上的“1”状态封死4060，使之不能记数，看门狗不起作用。
<< 上一页 [11] [12] 下一页
单片机智能小车控制系统(原理图+设计方案) 第11页下载如图片无法显示或论文不完整，请联系qq752018766
