MSP430單片機(jī)簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（PCB文件+代碼+文檔）

ID:451410 · 發(fā)表于 2018-12-21 11:35

摘要

本文介紹了一種基于單片機(jī)控制的交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用MSP430G2553單片機(jī)為核心，以LED燈作為交通燈紅、黃、綠三色燈用發(fā)光二極管作為模擬交通信號(hào)燈，可以模擬各種道路交通燈控制情況。

關(guān)鍵詞：交通信號(hào)燈；單片機(jī)；LED燈

1 項(xiàng)目要求

2 項(xiàng)目分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)選型模塊

3.2 LED流水燈模塊

3.3功能模式選擇模塊

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1主程序

4.2子程序

5 系統(tǒng)調(diào)試

5.1硬件調(diào)試

5.2程序調(diào)試

5.3聯(lián)合調(diào)試

6 外延

7 項(xiàng)目演練

8 項(xiàng)目總結(jié)

附錄1電路設(shè)計(jì)原理圖（參考）

附錄2 PCB設(shè)計(jì)原理圖（參考）

附錄3 關(guān)鍵程序（參考）

基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 項(xiàng)目要求

本項(xiàng)目花樣流水燈采用MSP430單片機(jī)為控制器件，用于交通信號(hào)的輸出，此交通信號(hào)燈共有12盞燈，分3盞燈一組分別控制四個(gè)路口。

（1）設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈控制器，由兩條主干道匯合成十字路口，在每個(gè)入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號(hào)燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間停在禁行線外。

（2）在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中，要亮5秒黃燈作為過渡，使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁行線外。

2 項(xiàng)目分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為硬件和軟件模塊。硬件上我們打算在單片機(jī)的不同的i/o中裝上一個(gè)LED燈來(lái)進(jìn)行對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行控制。

在程序方面，首先對(duì)msp430的i/o口進(jìn)行的定義和設(shè)置，然后在去定義了一個(gè)delay進(jìn)行延時(shí)功能，在用一個(gè)switch循環(huán)來(lái)使得流水燈不斷的循環(huán)亮滅。

3 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)為控制核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，該LED燈系統(tǒng)共可分為兩個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)選型模塊和交通信號(hào)燈模塊。

圖3-1系統(tǒng)原理框圖

3.1單片機(jī)選型模塊

MSP430單片機(jī)是16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，只有簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令，大量的指令則是模擬指令；眾多的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強(qiáng)，運(yùn)行的速度快。

圖3-2 單片機(jī)選型模塊

3.2 交通信號(hào)燈模塊

要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1～LED8 依次按照交通信號(hào)規(guī)則點(diǎn)亮、熄滅，12盞燈就可以按照交通信號(hào)燈的方式進(jìn)行閃爍了。在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，我們?cè)诳刂贫䴓O管亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到其效果了。且每一個(gè)LED燈于一個(gè)電阻串聯(lián)。電阻的作用就是對(duì)通過LED燈的電流進(jìn)行一定的限制起到去LED燈進(jìn)行的保護(hù)作用。使得其在高電壓的時(shí)候使得LED在電阻的保護(hù)下不會(huì)燒壞。

圖3-3 LED燈接線原理

此圖為共陰極接法，因此當(dāng)LED_RED給高電平“1”時(shí)LED_RED亮；當(dāng)LED_RED給低電平“0”時(shí)，LED_RED滅。

圖3-4交通信號(hào)燈模塊圖

如圖3可知此原理圖的LED燈為共陰極的接法，因此我們只要給它一個(gè)高電平就能點(diǎn)亮此LED燈。

3.3功能模式選擇模塊

此設(shè)計(jì)有6種功能模式可以選擇：

（1）初始化后，執(zhí)行8個(gè)LED燈從右至左逐次點(diǎn)亮，每隔0.2s亮一個(gè)LED燈，直到8個(gè)LED燈全亮，再?gòu)淖笾劣乙来蜗缰钡饺珳�，以此循環(huán)；

（2）當(dāng)按下按鍵后，執(zhí)行8個(gè)LED燈從右至左每隔0.2s逐一亮滅，直到點(diǎn)亮最左邊一個(gè)燈后再?gòu)淖笾劣颐扛?.2s逐一亮滅，以此循環(huán)；

圖3-5交通信號(hào)燈的功能示意圖

4 軟件設(shè)計(jì)4.1主程序

本系統(tǒng)整體工作主要由單片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)，其工作過程為：對(duì)端口進(jìn)行初始化，在主程序中用不同的端口定義分別來(lái)點(diǎn)亮LED燈。再用延時(shí)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)每一個(gè)LED的亮滅。

程序整體框架如下圖5所示。

圖4-1程序整體框架圖

4.2子程序

一個(gè)完整的程序是由一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序組成。在一個(gè)加工程序中，如果其中有些加工內(nèi)容完全相同或相似，為了簡(jiǎn)化程序，可以把這些重復(fù)的程序段單獨(dú)列出，并按一定的格式編寫成子程序。主程序在執(zhí)行過程中如果需要某一子程序，通過調(diào)用指令來(lái)調(diào)用該子程序，子程序執(zhí)行完后又返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序段。

本系統(tǒng)中所使用的子程序都是比較簡(jiǎn)單的，用for語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)循環(huán)之后再使用延時(shí)函數(shù)進(jìn)行延時(shí)。

5 系統(tǒng)調(diào)試

本單片機(jī)的交通信號(hào)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，因此調(diào)試也分成兩部分進(jìn)行調(diào)試。

5.1硬件調(diào)試

主要根據(jù)系統(tǒng)框圖和硬件原理設(shè)計(jì)進(jìn)行原理的繪制、各參數(shù)的設(shè)置、電路板的制作，以及元器件的焊接等。具體如下：

5.1.1 各單元電路，確認(rèn)各單元電路鏈接無(wú)誤，尤其是關(guān)鍵元器件，一定要接保護(hù)電阻。

（1）選擇合適規(guī)格的元器件，在放置期間前一定要檢查規(guī)格；

（2）關(guān)鍵器件放置：在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放靠近些，這樣可以減少材料，更加美觀。

5.1.2 PCB設(shè)計(jì)原則：

在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合要實(shí)現(xiàn)的效果設(shè)計(jì)的要求。

（1）盡量采用印制電路板，印制電路板不像萬(wàn)用板一樣會(huì)有一定的接觸不好或者焊盤不穩(wěn)和線路連接有問題的情況，印制電路板的制作可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合。

（2）元件面和焊接面應(yīng)采用相互垂直、斜交、或者彎曲走線，避免相互平導(dǎo)線盡量短，使用45°或者圓弧折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號(hào)的發(fā)射。

5.2程序調(diào)試

在本系統(tǒng)中，主要分為主程序部分、中斷程序、子程序等。在調(diào)試過程中，按照程序功能一項(xiàng)項(xiàng)進(jìn)行調(diào)試，首先確認(rèn)主程序正確，在確認(rèn)其他程序。調(diào)試方法主要跟蹤調(diào)試、斷點(diǎn)調(diào)試等等，可以參考相關(guān)專業(yè)書籍。

5.1.1 CCSV5的打開步驟

右鍵Code Composer Studio v5快捷方式，左鍵打開。會(huì)出現(xiàn)如圖6所示界面：

圖5-1Code Composer Studio v5軟件加載界面

（2）加載完畢之后會(huì)有如圖7所示界面出現(xiàn)：

圖5-2Code Composer Studio v5軟件打開界面

（3）選擇Project->Import Existing CCS Eclipse Project，導(dǎo)入程序文件夾中的工程；具體操作如圖8：

圖5-3Code Composer Studio v5程序?qū)氩襟E圖

5.3聯(lián)合調(diào)試

整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件都完成后，需要進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，主要是針對(duì)系統(tǒng)設(shè)定的功能能否完成和完善進(jìn)行調(diào)試。

調(diào)試步驟：

(1) 將PC和硬件電路通過USB線相連；

(2) 選擇

對(duì)該工程進(jìn)行編譯鏈接，生成.out文件。然后選擇

，將程序下載到實(shí)驗(yàn)板中。程序下載完畢之后，可以選擇全速運(yùn)行程序，也可以選擇

單步調(diào)試程序，選擇F3查看具體函數(shù)。也可以程序下載之后，按下

，軟件界面恢復(fù)到原編輯程序的畫面。再按下實(shí)驗(yàn)板的復(fù)位鍵，運(yùn)行程序。（調(diào)試方式下的全速運(yùn)行和直接上電運(yùn)行程序在時(shí)序有少許差別，建議上電運(yùn)行程序）

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圖5-4聯(lián)合調(diào)試效果圖

6 外延

除交通信號(hào)燈的顯示方式之外，我們?cè)谝陨瞎δ芑A(chǔ)上，還能將其加上語(yǔ)音提示以及時(shí)間顯示的效果。

基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，充分運(yùn)用了LED燈通過MSP430單片機(jī)為控制核心，多個(gè)中斷程序控制其亮滅來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通的控制，從而使單一的LED燈變得多元化。主要利用的知識(shí)點(diǎn)有中斷操作、單片機(jī)原理知識(shí)等，并利用C語(yǔ)言編程，最后制作出一個(gè)完善的作品，該作品再經(jīng)過一定的功能完善和外觀制作，符合現(xiàn)代化商場(chǎng)和各市場(chǎng)的裝飾，更有利于推廣。

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附錄1電路設(shè)計(jì)原理圖（參考）