1、*大學課程設(shè)計說明書題目： 智能儀器儀表課程設(shè)計 姓 名： * 院 （系）： 電氣信息工程學院 專業(yè)班級： 自動化09-2班 學 號： 540901010204 指導教師： 李銀華 毋媛媛 成 績： 時間： 2013 年 1 月 2 日至 2013 年 1 月 18 日基于MSP430單片機的交通信號燈控制系統(tǒng)說 明1、課程設(shè)計進行期間，學生應(yīng)按教學計劃，將每天的學習情況（包括學習內(nèi)容、遇到問題及解決辦法、心得體會等）如實進行記錄。2、結(jié)束時，根據(jù)課程設(shè)計內(nèi)容和學習記錄書寫報告。3、指導教師應(yīng)綜合考慮學生的學習態(tài)度、報告內(nèi)容和實際操作情況等，給出評語和成績。課程設(shè)計報告撰寫格式1、課程設(shè)計說明

2、書用紙一律采用16開幅面，有條件最好打印。打印正文用宋體小四號字；版面頁邊距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2cm；頁碼用小五號字底端居中；左邊裝訂。2、課程設(shè)計報告一般由以下幾部分組成：A任務(wù)書； B目錄； C正文； D參考文獻；E.附錄。 3、報告正文撰寫的題序?qū)哟胃袷剑旱谝环N第二種第一章（居中、小二號黑體字）1（居中、小二號黑體字、）第一節(jié)（頂格、小三號黑體字）11（頂格、小三號黑體字） 一（頂格、四號黑體字）111 （頂格、四號黑體字）（一）（頂格、小四號黑體字）*大學課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書題目 交通信號燈控制系統(tǒng) 專業(yè)、班級 自動化09-2班 學號 04 姓名 * 主要

3、內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：設(shè)計內(nèi)容參見附件基本要求：明確課程設(shè)計任務(wù)，復(fù)習與查閱有關(guān)資料。按要求對設(shè)計進行簡要說明，總體設(shè)計方案，設(shè)計電路，使用計算機繪圖，畫出詳細的電路接線圖，列出元器件清單。電路圖要求工整、清楚、正確，并標明管腳。軟件編程必須有流程圖，程序必須加注釋，各程序段的開始要注明該段功能和作用。寫出體會和總結(jié)。要求使用B5打印稿或16開紙手寫，不少于5000字。格式遵照學校規(guī)定。 主要參考資料：l “單片機與控制技術(shù)” 楊寧主編，北京航空航天大學出版社。l “單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)” (修訂版) 周航慈主編，北京航空航天大學出版社。l “電子技術(shù)應(yīng)用”、“電子設(shè)計應(yīng)

4、用”、“單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”等期刊l （單片機和元器件資料）l www.ICBASE.com （元器件資料）l （電子產(chǎn)品世界）完 成 期 限： 2012年1月6日指導教師簽名： 課程負責人簽名： 2011年 12 月 16 日基于MSP320單片機的交通信號燈控制器設(shè)計摘要一個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)模集成電路及計算機技術(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。基于MSP430單片機的交通控制系統(tǒng)以MSP430F149單片機為路口控制核心、LED作為顯示、驅(qū)動電路與部分模擬器件構(gòu)成的

5、一種電子產(chǎn)品。MSP430F149單片機為控制核心，能實時的進行控制；由于LED有高節(jié)能、安全性高 、壽命長 、快速響應(yīng)、運行成本低等優(yōu)點，所以用作顯示很合理；74HC573驅(qū)動電路用于對LED的驅(qū)動；此系統(tǒng)可以長時間穩(wěn)定的運行，可用于各種十字路口，進行自動的交通控制，由于留有其它接口，可以很方便的進行升級擴展。 在本設(shè)計中充分利用了單片機內(nèi)部資源，涉及到了鍵盤控制、數(shù)碼管顯示、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、串口通信等。關(guān)鍵字 交通燈 MSP430單片機 數(shù)碼管 目 錄摘要41系統(tǒng)設(shè)計61.1 硬件系統(tǒng)框圖61.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計61.2.1 軟件系統(tǒng)主流程61.2.2 程序設(shè)計72硬件系統(tǒng)單元電路設(shè)

6、計82.1 MSP430最小系統(tǒng)82.2 電源電路92.3 數(shù)碼管顯示電路92.4 LED顯示電路103軟件系統(tǒng)單元設(shè)計103.1 protel 99概述103.2 IAR FOR 430簡介113.3 子任務(wù)流程114系統(tǒng)測試125結(jié)論12參考文獻14附錄151系統(tǒng)設(shè)計1.1 硬件系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)由MSP430單片機最小系統(tǒng)、電源電路、按鍵電路、數(shù)碼管顯示電路、紅綠燈顯示電路組成。強大的處理能力MSP430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)

7、據(jù)存儲都可以參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8MHZ晶體驅(qū)動下指令周期為125ns。這些特點保證了可編制出高效率的源程序，完全可以滿足本系統(tǒng)的需要；與其他控制方法相比，所用器件可以說是比較簡單經(jīng)濟的。電源電路主要負責對整個系統(tǒng)進行供電，讓系統(tǒng)能夠正常運行。按鍵電路實現(xiàn)對一些時間和工作模式的轉(zhuǎn)換，很好的實現(xiàn)了人機交互的功能。數(shù)碼管顯示電路實現(xiàn)對倒計時間的顯示功能，紅綠燈顯示電路實現(xiàn)十字路口紅黃綠之間的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)框圖如圖1所示，復(fù)位電路時鐘電路MSP430單片機紅綠燈顯示電路2位LED數(shù)碼管顯示電路電源電路按鍵輸入電路圖1 硬件系統(tǒng)框圖1.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計1.2.1 軟件

8、系統(tǒng)主流程 如圖2所示為軟件系統(tǒng)主流程圖：開始初始化調(diào)用LED顯示子程序開中斷返回調(diào)用時間顯示子程序圖2 軟件系統(tǒng)主流程框圖1.2.2 程序設(shè)計 道口交通控制系統(tǒng)程序主要分為以下幾個模塊：初始化程序、主程序、鍵盤顯示和延時。（1）初始化程序 初始化程序主要完成的是對顯示初值以及定時器初值。（2）主程序 主程序要負責總體程序管理功能，實現(xiàn)人機交換設(shè)定。由于采用動態(tài)掃描方式顯示時間，因此主程序大部分時間要調(diào)用掃描顯示程序。鍵盤也加在主程序中了。（3）延時服務(wù)程序主要是在整個電路中，在動態(tài)顯示時間得用延時來保證數(shù)碼管亮足夠的時間。（4）顯示 主要是對數(shù)碼管的顯示，讓人們能更準確的看清時間，可以什么時

9、間通過。在整個程序流程圖中,提高了系統(tǒng)的靈活性中斷任務(wù)主要進行緊急情況處理，并保護當前的現(xiàn)場，以便于恢復(fù)。2硬件系統(tǒng)單元電路設(shè)計2.1 MSP430最小系統(tǒng)圖3 MSP430單片機最小系統(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單片機的64個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。MSP430系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求講它喚醒只有6us。超低功耗MSP430單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。首先，MSP430系

10、列單片機的電源電壓采用的是1.83.6V電壓。因而可使其在1MHz的時鐘條件下運行時，芯片的電流會在200400uA左右，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0.1uA。其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計，在MSP430系列中有兩個不同的系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻（FLL和FLL+)時鐘系統(tǒng)或DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。有的使用一個晶體振蕩器（32768Hz），有的使用兩個晶體振蕩器。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時鐘，并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。2.2 電源電路圖4 電源電路接入電路時（如圖5），P1為DC5V輸入接頭，D1二極管防止電源接反，對電路具有保護

11、作用，ASM1117-3.3電源管理芯片輸出穩(wěn)定的+3.3V電壓。C6、C3、C5為濾波電容，實現(xiàn)高頻和低頻濾波。D2的發(fā)光二極管是電源指示燈。 2.3 數(shù)碼管顯示電路圖5 數(shù)碼管顯示電路采用74HC573數(shù)據(jù)鎖存器，對數(shù)碼管進行驅(qū)動，同時還具有數(shù)據(jù)所存作用，方便程序設(shè)計。采用兩個獨立的共陽極數(shù)碼管實現(xiàn)倒計時間的顯示。兩PNP三極管實習對數(shù)碼管的為控制還具有驅(qū)動功能。C9和C10兩個電容實現(xiàn)對電源高頻和低頻的濾波作用，保證鎖存器的電源穩(wěn)定。2.4 LED顯示電路圖6 紅綠燈顯示電路由于LED有高節(jié)能、安全性高 、壽命長 、快速響應(yīng)、運行成本低等優(yōu)點，所以用作顯示很合理，特別是室外運作，LED更

12、有優(yōu)勢。采用灌電流的輸出方式，提高了了電流驅(qū)動能力，保證了LED燈的亮度。3軟件系統(tǒng)單元設(shè)計3.1 protel 99概述 (1) 將電原理圖編輯(Schematic Edit)、印制電路板設(shè)計(PCB)、可編程邏輯器件PLD設(shè)計、自動布線(Route)、電路模擬/仿真(Sim)等功能有機地結(jié)合在一起，是真正意義上的EDA軟件，智能化、自動化程度高。 (2) 支持由上到下或由下到上的層次電路設(shè)計，使Protel98能夠完成大型、復(fù)雜的電路設(shè)計。 (3) 當電原理圖中的元件來自仿真元件庫時，可以直接對電原理圖中的電路進行仿真測試。 (4) 提供ERC(電氣法則檢查)和DRC(設(shè)計規(guī)則檢查)，最大

13、限度地減少設(shè)計差錯. (5) 庫元件的管理、編輯功能完善，操作非常方便。通過基本的作圖工具，即可完成原理圖用元件電氣圖形符號以及PCB用元件封裝圖形的編輯、制作。 (6) 全面兼容TANGO及Protel for DOS，即在Protel98中可以使用、編輯TANGO或低版本Protel建立的文件，并提供了與OrCAD格式文件轉(zhuǎn)換功能。 (7) Schematic和PCB之間具有動態(tài)鏈接功能，保證了原理圖與印制板的一致性，以便相互檢查、校驗。(8) 具有連續(xù)操作功能，可以快速地放置同類型元件、連線等。 3.2 IAR FOR 430簡介IAR Systems是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)

14、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、開發(fā)和測試的每一個階段，包括：帶有C/C+編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境、實時操作系統(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，學會了IAR EW430，就可以很順利的過度到另一種新處理器的

15、開發(fā)工作。3.3 子任務(wù)流程在本設(shè)計中有兩個任務(wù)和一個中斷，任務(wù)0創(chuàng)建了兩個任務(wù)，任務(wù)1用于對紅綠燈的驅(qū)動控制與計時；任務(wù)2用于LED顯示驅(qū)動器。兩個任務(wù)同時進行，相互滲透；任務(wù)1計時改變當前的倒計時Time，而任務(wù)2進行當前Time的顯示；同時還進行中斷控制，提高了系統(tǒng)的靈活性，在本系統(tǒng)中，中斷與兩個任務(wù)實時進行，并行執(zhí)行。中斷任務(wù)主要進行緊急情況處理，并保護當前的現(xiàn)場，以便于恢復(fù)。在處理緊急情況時，所有方向的紅燈都亮10S。處理結(jié)束時，恢復(fù)到處理之前的狀態(tài)，并繼續(xù)執(zhí)行交通控制。任務(wù)1初始化模式0南北綠燈，東西紅燈南北黃燈閃爍，東西紅燈模式1南北紅燈，東西綠燈模式2南北紅燈，東西黃燈閃爍模式

16、3 中斷進入恢復(fù)現(xiàn)場模式4圖7 任務(wù)1流程任務(wù)1用于對紅綠燈的驅(qū)動控制與計時，改變當前的倒計時Time（如圖7）。任務(wù)2主要進行LED顯示，通過動態(tài)掃描的方法進行2位LED顯示。4系統(tǒng)測試 基于MSP430單片機的交通控制系統(tǒng)測試，實現(xiàn)了：（1）南北綠燈時，東西紅燈（30S）；（2）南北黃燈閃爍（3S），東西紅燈；（3）南北紅燈，東西綠燈（30S）；（4）南北紅燈，東西黃燈閃爍（3S）；倒計時顯示用2位LED顯示；有緊急情況處理機制，當緊急情況觸發(fā)時，所有方向亮紅燈（10S）；緊急情況處理后，可以恢復(fù)到緊急情況處理這前的狀態(tài)，即現(xiàn)場保護。在整個測試中，運行正常無異常。5結(jié)論經(jīng)過幾個月的努力，我

17、終于完成了這次的畢業(yè)設(shè)計基于MSP430單片機的交通信號燈控制系統(tǒng)。從接受到這個課題到逐步的完成，每一步的完成對我來說都有著新的體會。在大學期間，這是給我的最大的一個挑戰(zhàn)。從拿到這個題目開始，到收集這方面的資料，一步一步的逐步完善自己的方案設(shè)計，在這個過程中可以說自己收獲了很多，同時也發(fā)現(xiàn)了自身知識的不足，我們必須具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識，才能成功的設(shè)計出一件合格的東西。當然最重要的是學到了關(guān)于基本MSP430的一些基本應(yīng)用，同時也加深了對一些常用電路的了解及設(shè)計方法。但是其中遇到的問題也不少，因為我們之前學的都是51單片機，現(xiàn)在著手做MSP430的芯片，這是一個很有難度和挑戰(zhàn)性的設(shè)計，所以很多

18、的內(nèi)容都是需要自己去自學的，比如有些MSP430的芯片和引腳問題不懂的時候就可以試著去參考51單片機的，兩者相比較一下，一些問題就能迎刃而解，這也是一種很好的學習方法。通過這一階段的畢業(yè)設(shè)計，我受益匪淺，不僅鍛煉了良好的邏輯思維能力，而且培養(yǎng)了棄而不舍的求學精神和嚴謹作風。回顧此次畢業(yè)設(shè)計，是大學三年所學知識很好的總結(jié)。參考文獻 1 姜志海單片機原理及應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2005.7.27-712 龍脈工作室51單片機C語言應(yīng)用開發(fā)技術(shù)大全M.北京：人民郵政出版社，2008.9.240-5003 彭為 黃科 雷道仲單片機典型系統(tǒng)設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社，2006.5.246-27

19、34 謝維成單片機原理及應(yīng)用M.北京：清華大學出版社，2009.2.11-26附錄部分程序源碼*設(shè)計者：*-設(shè)計時間：2013年1月7日*/typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;/宏定義#define DUAN_OFF P5OUT |= BIT2#define DUAN_ON P5OUT &= BIT2#define SHI_OFF P5OUT |= BIT0#define SHI_ON P5OUT &= BIT0#define GE_OFF P5OUT |= BIT1#define GE_ON P5OUT

20、&= BIT1#define keyin (P1IN & 0x0f)#include <msp430x14x.h>/數(shù)碼管7位段碼：0-fuchar scandata16 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/*設(shè)置全局變量*/uchar num,numx,shi,ge,state;/*子函數(shù)聲明*/void display_shu(uchar shi,uchar ge);void display_led();void delayms(u

21、int xms);/*主函數(shù)*/void main(void) WDTCTL = WDT_ADLY_1000; / 設(shè)置內(nèi)部看門狗工作在定時器模式，1s中斷一次 IE1 |= WDTIE; / 使能看門狗中斷 TACCR0 = 50000; / 設(shè)置定時器初值，設(shè)定黃燈閃爍頻率為2Hz TBCCR0 = 50000; TACTL = TASSEL_2 + MC_1;/ 設(shè)置定時器時鐘為SMCLK，遞增方式為連續(xù)方式 TBCTL = TBSSEL_2 + MC_1; P1IES = 0x01; / 設(shè)置P1.0為下降沿中斷 P1IE = 0x0f; / 打開PI口外部中斷使能 P2DIR = 0

22、xff; / 設(shè)置P2、P4、P3、P5的IO方向為輸出 P3DIR = 0xff; P4DIR = 0xff; P5DIR = 0xff; P2OUT = 0xff;/設(shè)置P4，P5的輸出初值,關(guān)閉數(shù)碼管和交通燈 P3OUT = 0xff; P4OUT = 0xff; P5OUT = 0xff; _EINT(); /打開全局中斷 while(1)/循環(huán) display_shu(shi,ge); display_led(); /*函數(shù)名稱：display_shu功 能：讓數(shù)碼管顯示倒計時間參 數(shù)：shi,ge返回值 ：無*/void display_shu(uchar shi,uchar ge

23、) DUAN_ON;/打開鎖存器，送入十位段選信號 P5OUT = scandatashi; GE_OFF;/關(guān)閉個位數(shù)據(jù)，顯示十位數(shù)據(jù) SHI_ON; delayms(5);/延時 DUAN_ON;/打開鎖存器，送入個位段選信號 P5OUT = scandatage; DUAN_OFF; SHI_OFF;/關(guān)閉十位數(shù)據(jù)，顯示個位數(shù)據(jù) GE_ON; delayms(5);/延時 /*函數(shù)名稱：display_led功 能：讓數(shù)碼管顯示倒計時間參 數(shù)：無返回值 ：無*/void dispay_led() if(num=0&&state=0) P2OUT &= (BIT4+

24、BIT5+BIT6+BIT7);/東西方向綠燈，南北方向紅燈 P2OUT |= BIT0+BIT1+BIT2+BIT3; state+; if(num=5&&state=1) P2OUT &= (BIT4+BIT5);/東西方向黃燈，南北方向紅燈 P2OUT |= BIT0+BIT1+BIT2+BIT3+BIT6+BIT7; TACCTL0 = CCIE; / 打開定時器A中斷，東西方向黃燈閃爍 state+; if(num=0&&state=2) P2OUT &= (BIT0+BIT1+BIT2+BIT3);/東西方向紅燈，南北方向綠燈 P2O

25、UT |= BIT4+BIT5+BIT6+BIT7; state+; if(num=5&&state=3) P2OUT &= (BIT0+BIT1);/東西方向紅燈，南北方向黃燈 P2OUT |= BIT2+BIT3+BIT4+BIT5+BIT6+BIT7; TBCCTL0 = CCIE;/ 打開定時器B中斷，南北方向黃燈閃爍 state=0; /*函數(shù)名稱：delayms功 能：實現(xiàn)毫秒延時參 數(shù)：xms返回值 ：無*/void delayms(uint xms) uint tmp; for(tmp = 1000*xms;tmp > 0;tmp-);/*函數(shù)名稱：watchdog_timer功 能：看門狗中斷服務(wù)函數(shù),設(shè)置顯示時間和位數(shù)參 數(shù)：無返回值 ：無*/#pragma vector=WDT_VECTOR_interrupt void watchdog_timer(void) num-; if(num=0) num=numx; shi=num/10; ge=num%10;/*函數(shù)名稱：TIMERA0_VECTOR功 能：定時器A中斷服務(wù)函數(shù),實現(xiàn)東西方向黃燈閃爍參 數(shù)：無返回值 ：無*/#pragma vec