【導(dǎo)讀】作將越來越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代。產(chǎn)品外表特征顏色的檢測、液體溶液顏色變化過程的檢測與控制等等。本文主要介紹如何通過。使用TCS3200顏色傳感器來實現(xiàn)色彩識別的功能。顏色光數(shù)值，通過LCD將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)顯示出來。最后在此理論基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體。方案，通過硬件實現(xiàn)了系統(tǒng)功能。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。本設(shè)計具有體積小、成本低、功能強等特點。

　　

【正文】 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號； 當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E，使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 714 腳： D0D7，為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳： A，背光源正極 第 16 腳： K，背光源負(fù)極 指令格式與指令功能 LCD 控制器 HD44780 內(nèi)有多個寄存器，通過 RS 和 RW 引腳共同決定選擇哪一個寄存器，選擇情況見表 。 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 21 表 HD44780內(nèi)部寄存器選擇表 RS RW 寄存器及操作 0 0 指 令寄存器寫入 0 1 忙標(biāo)志和地址計數(shù)器讀出 1 0 數(shù)據(jù)寄存器寫入 1 1 數(shù)據(jù)寄存器讀出 總共有 11 條指令，它們的格式和功能如下 表 ： 表 控制命令表 序號 指令 RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D 0 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C S 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * B 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存儲器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲器地址 * 8 置數(shù)據(jù)發(fā)生存儲器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)發(fā)生存儲器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM或 DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM或 DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令 之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。 圖 1602的內(nèi)部顯示地址 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM）已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大 小寫、常用的符號、和日文假名等，每 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 22 一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “ A” 的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看 到字母 “ A” 。 LCD 顯示器的初始化 LCD 使用之前須對它進(jìn)行初始化，初始化可以通過復(fù)位完成，也可以在復(fù)位后完成，初始化過程如下： （ 1）清屏。 （ 2）功能設(shè)置。 （ 3）開 /關(guān)顯示設(shè)置。 （ 4）輸入方式設(shè)置。 本章小結(jié) 本章 主要 介紹了 TCS3200 顏色傳感器和 LCD1602 液晶顯示器的相應(yīng)原理， 以及 它們與單片機的連接方式及相應(yīng)的電路原理圖， 其中對 TCS3200 顏色傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個管腳以及它們的功能作了詳細(xì)介紹， 為后面 整個 系統(tǒng) 的具體 設(shè)計提供了很好的幫助。 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 23 4 色彩 識別器 系統(tǒng)的 設(shè)計 與實現(xiàn) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 框圖 色彩識別 系統(tǒng)是基于 AT89S52 單片機控制的基礎(chǔ)上 ，添加了 TCS3200 顏色傳感器采集 模塊， TCS3200 驅(qū)動模塊，四個白色 LED 補光模塊， LCD1602 液晶顯示 模塊，在這些模塊的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的 色彩識別系統(tǒng) ， 色彩識別系統(tǒng) 的設(shè)計如圖 系統(tǒng) 框架 所示。 實物圖如 所示。 T C S 3 2 0 0 驅(qū) 動 模 塊T C S 3 2 0 0 顏 色 采 集四 個 白 色 L E D 補 光 燈Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ5 2 單 片 機Ｌ Ｃ Ｄ １ ６ ０ ２顯 示 模 塊 圖 系統(tǒng) 框架 圖 色彩識別系統(tǒng)實物圖 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 24 AT89S52 單片機最小系統(tǒng) 圖 單片機最小系統(tǒng) 要使單片機工作起來 ，最基本的電路的構(gòu)成為 電源電路：向單片機供電。單片機電源： AT89S52 單片機的工作電壓范圍： — ， 所以通常給單片機外接 5V直流電源。連接方式為 VCC(40 腳）：接電源 +5V端 VSS(20 腳）：接電源地端 時鐘電路：單片機工作的時間基準(zhǔn)，決定單片機工作速度。時鐘電路就是振蕩電路，向單片機提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，決定單片機的執(zhí)行速度。 AT89S52 單片機時鐘頻率范圍： 0 — 33MHz。時鐘電路連接方式如下 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 25 圖 時鐘電路 復(fù)位電路：確 定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。 圖 復(fù)位電路 單片機接通電源時產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機啟動，確定單片機起始工作狀態(tài)。手動按鍵產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機啟動，確定單片機的初始狀態(tài)。通常在單片機工作出現(xiàn)混亂或 “ 死機 ” 時，使用手動復(fù)位可實現(xiàn)單片機 “ 重啟 ” 。 TCS3200 驅(qū)動模塊 的設(shè)計 TCS3200 采用 8 引腳的 SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有 64 個光電二極管，這些二極管分為四種類型，其 16 個光電二極管帶有紅色濾波器； 16 個光電二極管帶有綠色濾波器； 16 個光電二極管帶有 藍(lán)色濾波器，其余 16 個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息，這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光輻射的 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 26 不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的 16 個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。 本模塊主要包括 TCS3200 初始化、定時器初始化和顏色采集，具體程序如下： void TCS3200Inital(void) { DDRC= DDRC|0x0f。PORTC = PORTC|0x0f。 PORTC = PORTC|0x20。 DDRC= DDRC|0x20。 PORTC = PORTCamp。0xdf。TCS3200Mode(FrequencyMode,PhotoDiodeMode)。 } void TimerInital(void) { TCCR1A=0x00。 TCCR1B=0x06。 TCNT1H=0x00。 TCNT1L=0x00。 ICR1H=0x00。ICR1L=0x00。 OCR1AH=0x00。 OCR1AL=0x00。 OCR1BH=0x00。 OCR1BL=0x00。 ASSR= 0x00。 TCCR2 = 0x07。 TCNT2 = 0xb7。 OCR2= 0x00。 TIMSK=0x40。 } unsigned char TCS3200Mode(unsigned char FOutMode,unsigned char PhotoType) { if( FOutMode == F_POWERDOWN) { PORTC = PORTC amp。 0xfc。 } else if(FOutMode == F_100_2) { PORTD = PORTD amp。 0xfe。PORTD = PORTD | 0x02。} else if(FOutMode == F_100_20) { PORTD = PORTD amp。 0xfd。PORTD = PORTD | 0x01。} else if(FOutMode == F_100_100) { PORTD = PORTD | 0x03。 } else { return 1。 } FrequencyMode = FOutMode。 if(PhotoType==PH_RED) {PORTD = PORTD amp。 0xf3。 } else if(PhotoType==PH_CLEAR) { PORTC = PORTC amp。 0xf7。PORTC = PORTC | 0x04。 } else if(PhotoType==PH_BLUE) 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 27 { PORTC = PORTC amp。 0xfb。PORTC = PORTC | 0x08。 } else if(PhotoType==PH_GREEN) { PORTC = PORTC | 0x0c。 } else { return 2。 } PhotoDiodeMode=PhotoType。 return 0。 } TCS3200 顏色 采集模塊 的設(shè)計 TCS3200 顏色采集 模塊與 52 單片機的接口 本設(shè)計中， TCS3200 模塊主要與 52 單片機的 P1 口和 P3 口連接。 P1 口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用 I/O 接口使用。 P1 口的輸出只由一個場效應(yīng)管與內(nèi)部上拉電阻組成。其輸入輸出原理特性與 P0 口作為通用 I/O 接口使用時一樣，當(dāng)其輸出時，可以提供電流負(fù)載，不必像 P0 口那樣需要外接上拉電阻。 P1 口具有驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載的能力。 P3 口除了作為準(zhǔn)雙向通用 I/O 接口使用外，它的每一根線還具有第二種功 能，見表。 表 P3口的第二功能 P3口的引腳 第二功能 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 INT0 外部中斷 0請求輸入端，低電平有效 INT1 外部中斷 1請求輸入端，低電平有效 T0 定時 /計數(shù)器 0外部計數(shù)脈沖輸入端 T1 定時 /計數(shù)器 1外部計數(shù)脈沖輸入端 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號，低電平有效 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號，低電平有效 當(dāng) P3 口作為通 用 I/O 接口時，第二功能輸出線為高電平，與非門的輸出取決于鎖存器的狀態(tài)。這時， P3 是一個準(zhǔn)雙向口，它的工作原理、負(fù)載能力與 P P2 口相同。 當(dāng) P3 口作為第二功能使用時，鎖存器的 Q 輸出端必須為高電平，否則 場效應(yīng) 管導(dǎo)通，引腳將被鉗位在低電平，無法實現(xiàn)第二功能。當(dāng)鎖存器 Q 端為高電平， P3 口的狀態(tài)取決 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 28 于第二功能輸出線的狀態(tài)。單片機復(fù)位時，鎖存器的輸出端為高電平。 P3 口第二功能中輸入信號 RXD、 INT0、 INT T0、 T1 經(jīng)緩沖器輸入，可直接進(jìn)入芯片內(nèi)部。 TCS3200 顏色傳感器的 GND 管腳接地 ， Vcc 管腳接電 源， OUT 管腳接 管腳，S2 管腳接 管腳， S3 管腳接 P1. 0 管腳。 TCS3200 顏色傳感器與 52 單片機具體的連接方式如圖 所示。 圖 TCS3200與 S52的連接圖 TCS3200 顏色采集模塊的軟件設(shè)計 本設(shè)計的 TCS3200 顏色采集模塊主要是利用定時器 /計數(shù)器 T1 來實現(xiàn)的。流程圖 如 所示。 王明 ： 基于 TCS3200 顏色傳感器的色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計 29 定 時 器 初 始 化定 時 時 間 到外 部 中 斷 計 數(shù)外 部 脈 沖 信 號輸 出 頻 率 值否是 圖 顏色采集模塊軟件流程圖 定時器 /計數(shù)器： 89S52 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器：定時 /計數(shù)器 T0 和定時 /計數(shù)器 T1 其中 T0 有四種工作方式； T1 有三種工作方式，通過編程可設(shè)定工作于某種方式。 在方式 0 下， 16 位的加法計數(shù)器只用了 13 位 ，分別是 TL0 的低 5 位和 TH0 的 8 位，TL0 的高 3 位未用。計數(shù)時，當(dāng) TL0 的低 5 位計滿時向 TH0 進(jìn)位，當(dāng) TH0 也計滿時則溢出，是 TF0 置位。如果中斷允許，則提出中斷請求。另外也可通過查詢 TF0 判斷是否溢出。由于采用 13 位的定時 /計數(shù)方式，因而最大計數(shù)值位 2 的 13 次冪，為 8192。在實際中使用時，先根據(jù)計數(shù)值計算出初值，然后按位置置入到初值寄存器中。如定時 /計數(shù)器 T0 的計 數(shù)值為 1000，則初值為 719