1.1.3 嵌入式系统与单片机技术

二十世纪五十年代，世界上第一台电子计算机问世[8]。二十年后，尺寸更小、性能更强大 的微型处理器诞生，推动了计算机硬件和软件的进一步发展，是电子计算机走向现代化的里程 碑。嵌入式系统和通用计算机系统作为现代微处理器的重要组成部分，各自朝着不同的方向发 展[9]。通用式计算机的方向是提高计算机自身的运算速度、硬盘空间等性能，而嵌入式系统则 是电子科学与计算机科学的良好媒介与连接桥梁，实现了将电子电路嵌入到计算机系统中并且 联系两者的功能。 

嵌入式系统是一种基于软件和硬件的实际性能，根据对象的技术指标和环境指标，被嵌入 到对象系统中的微型计算机系统[10]。单片机作为最经典的嵌入式系统，具有尺寸小、处理速度 快、结构合理、易于模块化等特点，当前生产单片机的几家主流厂家是美国的Motorola公司和 ATMEL公司、荷兰的PHILIPS公司等。

目前，单片机在军用和民用行业中都有着开阔的应用市场。传感器方面，单片机能将传感器的输入输出端信号标准化，使传感器与测试设备互相兼容，提升测量值的精确度。在温控系 统等热处理产业中，它取代了手动控制，提升了工业自动化程度，在提高控制的精确度的同时 避免了人为失误与员工伤亡事故的发生，提升国家的工业产值和效率。未来，从事单片机工作 的科研工作人员的主要目标，将会是使用噪声容限高、抗干扰能力强的CMOS电路来制造线路 板材，同时缩小芯片尺寸，降低芯片功耗和工作电流，提供更多的工作模式，以及提升单片机 的存储空间。 

1.2 课题内容与研究方法

本课题主要研究的是基于单片机和红外技术，设计出用于无人条件下智能小车的红外避障 控制系统。本课题涉及到STC89C52单片机的各个引脚和各个模块的功能，需要运用简洁明了、 可移植性强的C语言进行编程并且下载烧写至单片机上，根据实际情况调试智能小车，是对智 能车辆技术、红外技术和单片机技术的探索与实践。

系统最终实现的功能是：在使用者长按键盘上的开关按键后，蜂鸣器发出警报声示意程序 启动。在无障碍物的情况下，小车匀速直线前进；当障碍物位于小车左侧且与小车左侧红外收 发装置之间的距离小于红外探测传感器灵敏度时，右转指示灯亦然；当左右红外比较测距模块 均探测到障碍物时，电机停转向后倒退一段距离后右转避开障碍物。另外，系统可以通过PWM 定频调宽的方式调节车轮转速。

本课题的整体构思就是参考利用当今主流的模块化设计方法，先将软硬件的主模块和子模 块独立设计，实现了各自的功能，最后将软硬件模块整合成一个新的整体。这种方法简化并加 速了设计流程，而且各自的设计流程、功能调试均互相独立，最终设计出来的实物作品的逻辑 性和条理性较强。硬件系统由电源供电系统模块、时钟电路模块、复位电路模块、启动报警模 块、红外避障模块和单片机控制模块组成，其中核心内容——红外避障模块由红外发射与接收 模块、比较测距模块、电机驱动模块和指示灯模块组成。软件系统主要包含了延时程序、蜂鸣 报警程序、小车运动程序和PWM调速程序。

2  方案设计

2.1 硬件的器件选择

2.1.1 微控制器选择

FPGA（现场可编程阵列）技术，将逻辑元件整合到FPGA上面，来设计逻辑电路，是硬 件电路设计发展形成的一门高新技术。FPGA的运行速度快，主要用于实现大规模的电子系统， 能够并行地调用资源来执行任务。由于FPGA的设计语言是VHDL硬件设计语言，这就要求工 作人员具备成熟的硬件设计和软件设计能力。如果是进行简单的算法设计与实现、芯片或逻辑 电路的验证，入门后的科研人员就可以选用FPGA。