【正文】 20122013學(xué)年第二學(xué)期山東科技大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 用MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的交通燈控制組長(zhǎng)姓名 孟鵬 學(xué)號(hào) 聯(lián)系電話 Email 成員姓名 鄭陽 學(xué)號(hào) 成員姓名 學(xué)號(hào) 專 業(yè) 自動(dòng)化 班級(jí) 指導(dǎo)教師及職稱 2013年6月20日一、實(shí)驗(yàn)摘要一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。隨著大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運(yùn)用，智能設(shè)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向?；贛SP430單片機(jī)的交通控制系統(tǒng)以MSP430F149單片機(jī)為路口控制核心、LED作為顯示、驅(qū)動(dòng)電路與部分模擬器件構(gòu)成的一種電子產(chǎn)品。MSP430F149單片機(jī)為控制核心，能實(shí)時(shí)的進(jìn)行控制；由于LED有高節(jié)能、安全性高 、壽命長(zhǎng) 、快速響應(yīng)、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以用作顯示很合理；74HC164驅(qū)動(dòng)電路用于對(duì)LED及數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)；此系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)行，可用于各種十字路口，進(jìn)行自動(dòng)的交通控制，由于留有其它接口，可以很方便的進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)展。 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能為：直行、左轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)三個(gè)方向的交通燈控制；交通燈的時(shí)間顯示；綠燈將結(jié)束時(shí)的閃爍控制；當(dāng)有違章車輛是輸出信號(hào)通知電子警察，拍下其車牌號(hào)等違章處理?？梢钥闯銎涔δ苁禽^為復(fù)雜的。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^設(shè)計(jì)交通燈系統(tǒng)從而加深對(duì)匯編語言的理解以及對(duì)單片機(jī)原理英及接口技術(shù)的了解和深入應(yīng)用，單片機(jī)硬件操作調(diào)試及程序燒錄方法等。通過設(shè)計(jì)初步了解MSP430單片機(jī)的工作原理及指令集。了解Proteus及IAR FOR 430（EW430）軟件的應(yīng)用。深入了解交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。三、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及儀器、設(shè)備和材料：材料清單：MSP430F149單片機(jī)最小系統(tǒng)版18雙面PCB板9x15cm1單排針43mm LED（紅黃綠）36 杜邦線1074HC1641274LS041電阻電容若干實(shí)驗(yàn)器材：示波器，萬用表，PC機(jī)實(shí)驗(yàn)軟件：Proteus，IAR For 430，SF_BSL430四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)原理1)硬件電路 在硬件上，為了簡(jiǎn)潔，做成模塊化。十字路口的交通燈，在前后左右四個(gè)方向上有一個(gè)模塊，顯示本方向上對(duì)車輛通行的允許狀態(tài)。每個(gè)模塊上有兩個(gè)數(shù)碼管顯示當(dāng)前允許或禁止車輛通行的時(shí)間（單位S）；有9盞交通燈，分別控制本方向上的三個(gè)細(xì)分方向，如本方向?yàn)槌瘱|，則三個(gè)細(xì)分方向?yàn)橄驏|方向（直行）、向東北方向（右轉(zhuǎn)彎方向）及向東南方向（左轉(zhuǎn)彎方向），每個(gè)細(xì)分方向有3盞燈，紅綠黃，所以每個(gè)模塊有9盞燈。四個(gè)方向上的四個(gè)模塊是完全相同的。 MSP430有輸出口線相當(dāng)豐富的系列器件，如MSP430F13/14系列有68=48條I/O口線，而MSP430F43/44除了有68=48條I/O口線外，還有160段液晶模塊的所有輸出端在不驅(qū)動(dòng)液晶時(shí)，也可以用于普通輸出。這樣完全有條件直接使用MSP430的口線與所有的顯示器連接（當(dāng)然需要驅(qū)動(dòng)）。但這樣，不便于模塊化，因?yàn)槊總€(gè)模塊將有很多連線與處理器相連，此方案不可行。應(yīng)改為使用74HC164串行輸出與所有顯示器連接。整個(gè)交通燈設(shè)計(jì)如下圖所示。對(duì)于每個(gè)交通燈模塊，電路見上圖。所有74HC164的時(shí)鐘端連在一起，使用MSP430的一條I/O口線驅(qū)動(dòng)。用兩片74HC164驅(qū)動(dòng)兩位數(shù)碼管，顯示時(shí)間。而交通燈有9盞，剩下的一片74HC164只能輸出驅(qū)動(dòng)8盞，還有一盞不能驅(qū)動(dòng)?？梢园l(fā)現(xiàn)：交通燈的數(shù)碼顯示沒有使用小數(shù)點(diǎn)，那么就利用任意一片74HC164的最后一位驅(qū)動(dòng)剩下的第9盞燈。74HC164之間的級(jí)聯(lián)在前面已經(jīng)有講述。 圖二中的“顯示地控制”信號(hào)的作用是每個(gè)模塊的顯示器（數(shù)碼管與燈）的地線都連在一起，沒有直接與地相連，而是通過一個(gè)三極管由處理器控制。因?yàn)樵诓僮?4HC164移位時(shí)，如果所有的顯示器都接地，則在74HC164將數(shù)據(jù)位一位一位地移動(dòng)過程中，導(dǎo)致所有的顯示器都被點(diǎn)亮（包括本來不該亮的）。如果交通燈是這樣的話，那么在這一瞬間，紅、綠、黃全亮，會(huì)給交通帶來麻煩。為了解決這個(gè)問題，控制顯示器的地線，在操作74HC164進(jìn)行數(shù)據(jù)移位時(shí)輸出控制顯示器的地線為高電平，則顯示器不顯示（被關(guān)閉）。由于操作的時(shí)間不長(zhǎng)，眼睛的暫留作用將不會(huì)認(rèn)為燈的熄滅。相反如果燈不該亮而亮，則人眼睛會(huì)看到、等對(duì)74HC164操作完畢，再打開顯示器，地線為低電平。 違章檢測(cè)的工作原理是，在真實(shí)的交通燈中一般使用壓力傳感器，當(dāng)在禁行方向有車輛通過壓力傳感器時(shí)，傳感器給處理器一個(gè)信號(hào)，告知有違章車輛通過。而在這里使用簡(jiǎn)單的光電傳感器：紅外對(duì)管。紅外線發(fā)射管一直發(fā)射紅外線，接收管一直接受紅外線。當(dāng)在禁行時(shí)段檢測(cè)到?jīng)]有紅外線（被車輛擋住了）時(shí)，則認(rèn)為有違章車輛通過。并告知處理器，處理器輸出信號(hào)給在照相機(jī)。 模塊間的級(jí)聯(lián)問題。由其中一個(gè)模塊與處理器模塊相連。然后連接下一模塊等（如圖1所示）、所有的74HC164時(shí)鐘線連在一起，數(shù)據(jù)線由前一模塊的最高位輸出，所有顯示器的地線連在一起與處理器模塊連接。 處理器使用MSP430F149.下圖為仿真中的一個(gè)模塊。2)MSP430最小系統(tǒng)圖3 MSP430單片機(jī)最小系統(tǒng) 如圖3所示，MSP430最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、晶振電路、JTAG等組成。MSP430單片機(jī)的64個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求講它喚醒只有6us。超低功耗MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，~。因而可使其在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在200~400uA左右。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在MSP430系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻（FLL和FLL+)時(shí)鐘系統(tǒng)或DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（32768Hz），有的使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時(shí)鐘，并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。 3) IAR FOR 430簡(jiǎn)介IAR Systems是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商。公司成立于1983年，迄今已有27年，提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試的每一個(gè)階段，包括：帶有C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機(jī)建模工具。國內(nèi)普及的MSP430開發(fā)軟件種類不多，主要有IAR公司的Embedded Workbench forMSP430(簡(jiǎn)稱EW430)和AQ430。目前IAR的用戶居多。IAR EW430軟件提供了工程管理，程序編輯，代碼下載，調(diào)試等所有功能，并且軟件界面和操作方法與IAR EW for ARM等開發(fā)軟件一致，因此，學(xué)會(huì)了IAR EW430，就可以很順利的過度到另一種新處理器的開發(fā)工作。4)Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。a．互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。b．仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。[2]?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1)系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)使用低能耗方式，在主程序中主要完成必須的設(shè)置工作，而大部分事情如：定時(shí)刷新顯示和定時(shí)運(yùn)行交通燈等，在定時(shí)器A中斷中完成。系統(tǒng)主程序如下： ORG 01000h 。msp430f149 FLASH START RESET 300h,SP 。 Initialize stackpointer StopWDT WDTPW+WDTHOLD,amp。WDTCTL 。 Stop WDT SetupTA TASSEL1+TACLR,amp。TACTL 。 SMCLK, clear TAR SetupC0 CCIE,amp。CCTL0 。 CCR0 interrupt enabled 35000,amp。CCR0 。 SetupP1 001h,amp。P1DIR 。 output MC1,amp。TACTL 。 Start Timer_a in continous mode 0FFH,amp。P2DIR 。， CALL INIT_RAM CALL INIT_P1 eint M JMP M 2)初始化 ，為中斷輸入口。3)定時(shí)器A中斷程序當(dāng)主程序初始化之后，處理器將進(jìn)入低功耗狀態(tài)。那么，除了有PI口檢測(cè)違章車輛之外，其余功能都由定時(shí)器來完成。定時(shí)器A應(yīng)該實(shí)現(xiàn)一個(gè)走時(shí)時(shí)鐘，作為交通燈的時(shí)間基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。，則走時(shí)時(shí)鐘以秒為單位，（在交通燈的運(yùn)行部分會(huì)詳細(xì)講述）。在每一秒鐘都要完成：交通燈的運(yùn)行：交通燈計(jì)時(shí)器的減1計(jì)數(shù)：顯示緩存的刷新。而每次進(jìn)入中斷（，都要完成：送顯示緩存的數(shù)據(jù)到顯示器。判斷是否綠燈閃爍（將后面綠燈的閃爍部分詳細(xì)講解，當(dāng)驢等接近尾聲時(shí)，綠燈閃爍，提醒駕駛員減速行駛）。4) 顯示程序的設(shè)計(jì)顯示子程序中要將所有的顯示數(shù)據(jù)送到顯示器，同事，在松鼠之前先關(guān)顯示器。數(shù)據(jù)送完后，再打開顯示器。下面的程序?yàn)樗?2個(gè)