1 引言

今天，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。

1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩塊以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。

1914年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。

1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，當(dāng)車輛接近時(shí),紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。

信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問(wèn)題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來(lái)越大，并一直保持大比例的增長(zhǎng)。現(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對(duì)交通運(yùn)輸?shù)陌踩约胺?wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入單片機(jī)交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩浴⑻岣呓煌ü芾淼姆?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也減小了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

中國(guó)車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來(lái)的交通管理中起著越來(lái)越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無(wú)論在經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個(gè)城市交通控制，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。

2 系統(tǒng)方案

2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

東西（A）、南北（B）兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三個(gè)指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。為20秒，信號(hào)燈的狀態(tài)規(guī)則：每一方向亮綠燈，而另一方向亮紅燈，紅燈時(shí)間比綠燈長(zhǎng)3秒，當(dāng)綠燈減到0時(shí),到下一個(gè)狀態(tài)，此時(shí)綠燈方向的變?yōu)辄S色，依次循環(huán)。設(shè)A道和B道的車流量相同。

2.2 方案介紹

把設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化為四個(gè)狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)狀態(tài)：如圖2-1

圖2-1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

設(shè)計(jì)思想：初始狀態(tài)1為東西綠燈通車，延時(shí)17秒，南北紅燈禁止，延時(shí)20秒。然后轉(zhuǎn)狀態(tài)2為東西黃燈，延時(shí)3秒，南北仍然紅燈禁止。過(guò)一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài)3，東西紅燈禁止，延時(shí)30秒，南北綠燈，延時(shí)27秒。再轉(zhuǎn)狀態(tài)4，東西仍然紅燈，南北黃燈，延時(shí)3秒，最后循環(huán)至狀態(tài)1。狀態(tài)流程圖如圖2-2所示

圖2-2整體規(guī)劃圖

3交通燈硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)介紹

3.1.1單片機(jī)的概念與特點(diǎn)

所謂單片機(jī)，就是把中央處理器CPU，存儲(chǔ)器和定時(shí)器，及I/O接口電路等一些計(jì)算機(jī)的主要功能部件，集成在一塊電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)從一出現(xiàn)就顯示出強(qiáng)大的生命力，被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)﹑智能儀表、家用電器等設(shè)備里面，現(xiàn)在已經(jīng)滲透到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。

單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：

l 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。他能方便地組裝成各種智能式設(shè)備以及各種智能儀表。

l 面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，從而獲得最佳性價(jià)比。

l 抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種條件下都能穩(wěn)定工作，這是其他機(jī)型所無(wú)法比擬的。

l 可以很方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)型和分布式控制，使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。

3.1.2單片機(jī)的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代以來(lái)，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到﹑交通﹑農(nóng)業(yè)﹑國(guó)防﹑科研﹑教育以及日常生活用品等各種領(lǐng)域。單片機(jī)的主要應(yīng)用范圍如下：

l 工業(yè)控制。單片機(jī)在工業(yè)的應(yīng)用包括電機(jī)控制﹑數(shù)控機(jī)床﹑物理量的檢測(cè)與處理，工業(yè)機(jī)器人﹑過(guò)程控制和智能傳感器等。

l 農(nóng)業(yè)方面。包括植物生長(zhǎng)過(guò)程要素的測(cè)量與控制，智能灌溉和遠(yuǎn)程大棚控制等。

l 儀器儀表。智能儀器儀表﹑醫(yī)療器械﹑色譜儀﹑示波器等。

l 通信方面。調(diào)制解調(diào)器﹑網(wǎng)絡(luò)終端﹑智能線路運(yùn)行控制以及遠(yuǎn)程電話交換機(jī)。

l 日常生活用品方面。包括移動(dòng)電話﹑照相相機(jī)﹑電子玩具﹑電子詞典﹑空調(diào)機(jī)等。

l 汽車控制方面。門窗控制﹑音響控制﹑點(diǎn)火控制﹑變速控制﹑防滑剎車控制﹑排氣控制﹑節(jié)能控制﹑安全控制﹑冷氣控制﹑汽車報(bào)警控制以及測(cè)試設(shè)備。

3.1.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)逐步走向成熟。一方面，單片機(jī)的性能逐步提高，16位﹑32位單片機(jī)不斷推出；另一方面，在目前的實(shí)際應(yīng)用中還是以八位居多。8位單片機(jī)也不斷采用新技術(shù)，以取得更高的性價(jià)比，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展有以下幾個(gè)方面特點(diǎn)。

1.集成度更高，功能更強(qiáng)

目前，已經(jīng)有許多單片機(jī)不僅集成了構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的中央處理單元CPU﹑存儲(chǔ)器﹑I/O接口﹑定時(shí)器等傳統(tǒng)功能單元，而且還集成了A/D轉(zhuǎn)換模塊﹑D/A轉(zhuǎn)換模塊﹑并支持多種通信方式（如UART﹑CAN﹑SPI﹑IIC）。單片機(jī)技術(shù)正朝著片上技術(shù)發(fā)展。許多單片機(jī)都集成了在線可編程功能，用戶可以對(duì)已經(jīng)焊接到電路板上的單片機(jī)進(jìn)行編程，不需要專門的編程器。

2 使用更加方便

許多單片機(jī)內(nèi)部集成程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)器，在實(shí)際應(yīng)用中一般不需要外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，從而不再需要外部擴(kuò)展總線，構(gòu)成系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，穩(wěn)定性提高。

3 低電壓，低功耗

使用CMOS的低功耗電路，具有省電工作狀態(tài)，如等待狀態(tài)，休眠狀態(tài)，關(guān)閉狀態(tài)等。有些單片機(jī)的工作電壓較低，為3.3V，甚至1.8V。低電壓，低功耗的單片機(jī)可以滿足便攜式或電池供電等儀器儀表應(yīng)用的需求。

4 價(jià)格更低

隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多公司陸續(xù)推出了價(jià)格更低的單片機(jī)，可以說(shuō)，在相當(dāng)一部分以單片機(jī)為核心的嵌入式產(chǎn)品中，單片機(jī)的硬件成本已經(jīng)占很小的比例，更多的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)成本。

3.1.4主流單片機(jī)

著名的半導(dǎo)體廠商——美國(guó)德州儀器在20世紀(jì)70年代首先推出了TMS1000系列4位單片機(jī)。20世紀(jì)80—90年代，國(guó)內(nèi)主要使用Intel公司的的MCS-51系列和Motorola公司的68HC系列8位單片機(jī)。現(xiàn)在，通用性能單片機(jī)的廠家不下數(shù)十家，生產(chǎn)種類有幾百種之多，從生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，有Intel公司﹑美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體儀器公司﹑TI公司﹑Atmel公司﹑Motorola﹑美國(guó)微芯公司等等。

美國(guó)Intel公司是最早的處理生產(chǎn)廠商，8051單片機(jī)是它的典型產(chǎn)品。由8051發(fā)展起來(lái)的MCS-51系列包含了很多品種，如8031﹑8051﹑8751﹑8032﹑8052﹑8752等，該系列其他單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增減改變而來(lái)，人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱呼MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51單片機(jī)由Intel公司推出后，多級(jí)公司購(gòu)買了8052

圖3-1定時(shí)器A的結(jié)構(gòu)原理

的內(nèi)核，并生產(chǎn)了以051為內(nèi)核的單片機(jī)。

Motorola公司是世界上最大的單片機(jī)生產(chǎn)廠商，其產(chǎn)品特點(diǎn)品種齊全，選擇余地大，新產(chǎn)品多，多年來(lái)一直雄踞單片機(jī)銷量的榜首。從M6800開始，開發(fā)了眾多的品種，有4位，8位，16位和32位單片機(jī)。其單片機(jī)的特點(diǎn):高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合于工控領(lǐng)域及惡劣環(huán)境。

Atmel公司是全球著名的半導(dǎo)體公司，它生產(chǎn)基于51內(nèi)核的AT89系列單片機(jī)和基于精簡(jiǎn)指令集AVR系列單片機(jī)。20世紀(jì)90年代初，Atmel率先把MCS-51內(nèi)核與其擅長(zhǎng)的Flash技術(shù)相結(jié)合，推出轟動(dòng)業(yè)界的AT89系列單片機(jī)。AT89C51系列單片機(jī)與Intel8051系列完全兼容，在MCS-51市場(chǎng)占據(jù)重要份額。廣泛應(yīng)用于交通﹑農(nóng)業(yè)﹑國(guó)防﹑科研﹑教育等領(lǐng)域。

TI公司主要生產(chǎn)MSP430單片機(jī)。MSP430單片機(jī)系列是一種超低功耗的Flash

單片機(jī)，其技術(shù)特征代表了單片機(jī)的發(fā)展方向。它的存儲(chǔ)模塊是目前業(yè)界所有內(nèi)部集成Flash存儲(chǔ)器產(chǎn)品中能耗最低的一種，功耗僅為其他的五分之一。MSP430單片機(jī)具有高效的16位RSIC內(nèi)核﹑27條指令﹑125ns指令周期，絕大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，供電電壓在1.8~3.6V，程序代碼加密后無(wú)法解密；只需外接一個(gè)電阻﹑一個(gè)電容即可實(shí)現(xiàn)高精度斜率A/D﹑待機(jī)激活時(shí)間僅為16ns，串行在線編程的并行開發(fā)方式可以迅速的開發(fā)新產(chǎn)品。另外，MSP430系列具有強(qiáng)大的中斷能力，10萬(wàn)次燒寫，ESD保護(hù)和較強(qiáng)的抗干擾能力。他廣泛的應(yīng)用于煤氣表﹑電子電度表﹑火警智能接頭﹑通信產(chǎn)品﹑家庭自動(dòng)化產(chǎn)品。

3.1.5MSP430系列單片機(jī)

在結(jié)構(gòu)上MSP430系列單片機(jī)集成了一部計(jì)算機(jī)的各個(gè)基本組成部分。雖然其工作原理與普通微機(jī)并無(wú)差異，但MSP430系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上更加突出了體積小、功能強(qiáng)、面向控制的特點(diǎn)，具有很高的性能價(jià)格比。表3-2定時(shí)器A的結(jié)構(gòu)原理MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指令集的宗旨來(lái)設(shè)計(jì)的。具有豐富的寄存器資源、強(qiáng)大的處理控制能力和靈活的操作方式。

MSP430的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)采用了統(tǒng)一編址方式，可以使得對(duì)外圍模塊寄存器的操作象普通的RAM單元一樣方便、靈活。MSP430存儲(chǔ)器的信息類型豐富，并具有很強(qiáng)的系統(tǒng)外圍模塊擴(kuò)展能力。

MSP430系列單片機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器和外圍模塊組成，這些部件通過(guò)內(nèi)部地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線相連構(gòu)成單片微機(jī)系統(tǒng)。

l 直接嵌入仿真處理，具有JTAG接口。

l 能夠降低功耗，降低噪聲對(duì)存儲(chǔ)器存取的影響。

l 16位數(shù)據(jù)寬度，數(shù)據(jù)處理更為有效。

l 16位CPU通過(guò)總線連接到存儲(chǔ)器和外圍模塊。

圖3-2 MSP430單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

MSP430系列單片機(jī)包含以下主要功能部件：CPU：MSP430系列單片機(jī)的CPU和通用微處理器基本相同，只是在設(shè)計(jì)上采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指令集和高透明的宗旨而設(shè)計(jì)的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的仿真指令。這樣可以提高指令執(zhí)行速度和效率，增強(qiáng)了MSP430的實(shí)時(shí)處理能力。

MSP430 CPU的主要特征1）精簡(jiǎn)指令集高度正交化2）寄存器資源豐富3）寄存器操作為單周期4）16位地址總線5）常數(shù)發(fā)生器

存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)以及外圍模塊的運(yùn)行控制信息。有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)總是以字形式取得代碼，而對(duì)數(shù)據(jù)可以用字或字節(jié)方式訪問(wèn)。其中MSP430各系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。

外圍模塊：經(jīng)過(guò)MAB、MDB、中斷服務(wù)及請(qǐng)求線與CPU相連。MSP430不同系列產(chǎn)品所包含外圍模塊的種類及數(shù)目可能不同。它們分別是以下一些外圍模塊的組合：時(shí)鐘模塊、看門狗、定時(shí)器A、定時(shí)器B、比較器A、串口0、1、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、端口、基本定時(shí)器、DMA控制器等。

端口P1和P21）PxDIR輸入/輸出方向寄存器 2）PxIN輸入寄存器 3)PxOUT輸出寄存器 4）PxIE中斷使能寄存器 5）PxIES中斷觸發(fā)沿選擇寄存器

16位定時(shí)器A

具有以下特點(diǎn)：

l 具有16位計(jì)數(shù)器，4種計(jì)數(shù)工作模式

l 具有多種可選擇的計(jì)數(shù)時(shí)鐘源，可以靈活地選擇低速時(shí)鐘ACLK和高速時(shí)鐘SMCLK以及外部時(shí)鐘；

l 具有多個(gè)可配置輸入端的捕獲/比較寄存器；

l 支持多時(shí)鐘控制，多個(gè)捕獲/比較功能以及輸出波形；

l 具有異步輸入，輸出鎖存器；

l 能捕獲外部世界發(fā)生的時(shí)間，鎖定其發(fā)生時(shí)的高低電平；

l 具有完善的中斷服務(wù)功能；

l 具有八種輸出方式選擇，3個(gè)可配置輸出單元；

1）TACTL控制寄存器

表3-4

TASSEL1，TASSEL0選擇定時(shí)器輸入分頻器的輸入時(shí)鐘源，如表3-5

表3-4 Timer_A輸入時(shí)鐘源選擇

表3—5

ID0,ID1選擇輸入分頻器的分頻系數(shù)。由TASSEL0和TASSEL1兩位選擇時(shí)鐘源，然后又ID0和ID1選擇分頻系數(shù)將輸入信號(hào)分頻，分頻后的信號(hào)采用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。在MSP430系列單片機(jī)中，INCLK信號(hào)經(jīng)過(guò)反向驅(qū)動(dòng)之后再送入，與其他器件有點(diǎn)差別。

00 直通，不分頻；

01 1/2分頻；

10 1/4分頻；

11 1/8分頻；

MC0,MC1 選擇定時(shí)器工作模式

00 停止模式，用于定時(shí)器暫停；

01 增計(jì)數(shù)模式，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到CCR0,再清零計(jì)數(shù)；

10 連續(xù)計(jì)數(shù)模式，計(jì)數(shù)器增計(jì)數(shù)到0FFFFH，再清零計(jì)數(shù)；

11 增/減計(jì)數(shù)模式，增計(jì)數(shù)到CCR0，再減計(jì)數(shù)到0。

TACLR 定時(shí)器清除位，計(jì)數(shù)內(nèi)容清零。

TAIE 中斷允許位。該位允許位定時(shí)器溢出中斷。

TAIFG 定時(shí)器溢出標(biāo)志位。在不同的定時(shí)器工作模式下，該位置條件不一樣。

增計(jì)數(shù)模式，定時(shí)器由CCR0計(jì)數(shù)到0時(shí),TAIFG置位；

連續(xù)計(jì)數(shù)模式，定時(shí)器由0FFFFH計(jì)數(shù)到0時(shí)，TAIFG置位；

增/減計(jì)數(shù)模式，定時(shí)器由1計(jì)數(shù)到0時(shí)，TAIFG置位。

MSP430的主要特點(diǎn)：

1）低電源電壓范圍，1.8～3.6V。（2）超低功耗，擁有5種低功耗模式(以后會(huì)詳細(xì)介紹)。（3）靈活的時(shí)鐘使用模式。（4）高速的運(yùn)算能力，16位RISC架構(gòu)，125ns指令周期。（5）豐富的功能模塊，這些功能模塊包括：A：多通道10－14位AD轉(zhuǎn)換器；B：雙路12位DA轉(zhuǎn)換器；C：比較器；D：液晶驅(qū)動(dòng)器；E：電源電壓檢測(cè)；F：串行口USART(UART/SPI）；G：硬件乘法器；H：看門狗定時(shí)器，多個(gè)16位、8位定時(shí)器（可進(jìn)行捕獲，比較，PWM輸出）；I：DMA控制器。（6）FLASH存儲(chǔ)器，不需要額外的高電壓就在運(yùn)行種由程序控制寫擦歐哦和段的擦除；（7）MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真調(diào)試通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的JTAG接口轉(zhuǎn)換器就可以方便的實(shí)現(xiàn)如設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行、讀寫寄存器等調(diào)試；（8）快速靈活的變成方式，可通過(guò)JTAG和BSL兩種方式向CPU內(nèi)裝在程序。

MSP430單片機(jī)的復(fù)位

MSP430的復(fù)位信號(hào)有2種：上電復(fù)位信號(hào)（POR）、上電清除信號(hào)（PUC）。還有能夠觸發(fā)POR和PUC的信號(hào)：5種來(lái)在看門狗，1種來(lái)自復(fù)位管腳，1種來(lái)自寫FLASH鍵值出現(xiàn)錯(cuò)誤所產(chǎn)生的信號(hào)。

POR信號(hào)只在2種情況下發(fā)生：（1）微處理上電；（2）RST/NMI管腳上產(chǎn)生低電平時(shí)系統(tǒng)復(fù)位。

PUC信號(hào)產(chǎn)生的條件：（1）POR信號(hào)產(chǎn)生；（2）看門狗有效時(shí)，看門狗定時(shí)器溢出；（3）寫看門狗定時(shí)器安全鍵值出現(xiàn)錯(cuò)誤；（4）寫FLASH存儲(chǔ)器安全鍵值出現(xiàn)錯(cuò)誤。

POR和PUC兩者的關(guān)系：POR信號(hào)的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位并產(chǎn)生PUC信號(hào)。而PUC信號(hào)不會(huì)引起POR信號(hào)的產(chǎn)生。

無(wú)論是POR信號(hào)還是PUC信號(hào)觸發(fā)的復(fù)位，都會(huì)使MSP430從地址0xFFFE處讀取復(fù)位中斷向量，程序從中斷向量所指的地址處開始執(zhí)行。觸發(fā)PUC信號(hào)的條件中，除了POR產(chǎn)生觸發(fā)PUC信號(hào)外，其他的豆科一通過(guò)讀取相應(yīng)的中斷向量來(lái)判斷是何種原因引起的PUC信號(hào)，以便作出相應(yīng)的處理。

系統(tǒng)復(fù)位（指POR）后的狀態(tài)為：（1）RST/NMI管腳功能被設(shè)置為復(fù)位功能；（2）所有I/O管腳被設(shè)置為輸入；（3）外圍模塊被初始化，其寄存器值為相關(guān)手冊(cè)上的默認(rèn)值；（4）狀態(tài)寄存器SR復(fù)位；（5）看門狗激活，進(jìn)入工作模式；（6）程序計(jì)數(shù)器PC載入0xFFFE處的地址，微處理器從此地址開始執(zhí)行程序。

典型的復(fù)位電路有一下3種：（1） 在RST/NMI管腳上接100K歐的上拉電阻。（2）在（1）的基礎(chǔ)上再接0.1uf的電容，電容的一端接地，可以使復(fù)位更加可靠。（3）再（2）的基礎(chǔ)上，再在電阻上并接一個(gè)型號(hào)為IN4008的二極管，可以可靠的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)斷電后立即上電。

MSP430單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)

MSP430根據(jù)型號(hào)的不同最多可以選擇使用3個(gè)振蕩器。我們可以根據(jù)需要選擇合適的振蕩頻率，并可以在不需要時(shí)隨時(shí)關(guān)閉振蕩器，以節(jié)省功耗。這3個(gè)振蕩器分別為：

（1）DCO 數(shù)控RC振蕩器。它在芯片內(nèi)部，不用時(shí)可以關(guān)閉。DCO的振蕩頻率會(huì)受周圍環(huán)境溫度和MSP430工作電壓的影響，且同一型號(hào)的芯片所產(chǎn)生的頻率也不相同。但DCO的調(diào)節(jié)功能可以改善它的性能，他的調(diào)節(jié)分為以下3步：a：選擇BCSCTL1.RSELx確定時(shí)鐘的標(biāo)稱頻率；b：選擇DCOCTL.DCOx在標(biāo)稱頻率基礎(chǔ)上分段粗調(diào)；c：選擇DCOCTL.MODx的值進(jìn)行細(xì)調(diào)。

（2）LFXT1 接低頻振蕩器。典型為接32768HZ的時(shí)鐘振蕩器，此時(shí)振蕩器不需要接負(fù)載電容。也可以接450KHZ~8MHZ的標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器，此時(shí)需要接負(fù)載電容。

（3）XT2 接450KHZ~8MHZ的標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器。此時(shí)需要接負(fù)載電容，不用時(shí)可以關(guān)閉。

低頻振蕩器主要用來(lái)降低能量消耗，如使用電池供電的系統(tǒng)，高頻振蕩器用來(lái)對(duì)事件做出快速反應(yīng)或者供CPU進(jìn)行大量運(yùn)算。

MSP430的3種時(shí)鐘信號(hào)：MCLK系統(tǒng)主時(shí)鐘；SMCLK系統(tǒng)子時(shí)鐘；ACLK輔助時(shí)鐘。

（1）MCLK系統(tǒng)主時(shí)鐘。除了CPU運(yùn)算使用此時(shí)鐘以外，外圍模塊也可以使用。MCLK可以選擇任何一個(gè)振蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)并進(jìn)行1、2、4、8分頻作為其信號(hào)源。

（2）SMCLK系統(tǒng)子時(shí)鐘。供外圍模塊使用。并在使用前可以通過(guò)各模塊的寄存器實(shí)現(xiàn)分頻。SMCLK可以選擇任何一個(gè)振蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)并進(jìn)行1、2、4、8分頻作為其信號(hào)源。

（3）ACLK輔助時(shí)鐘。供外圍模塊使用。并在使用前可以通過(guò)各模塊的寄存器實(shí)現(xiàn)分頻。但ACLK只能由LFXT1進(jìn)行1、2、4、8分頻作為信號(hào)源。

PUC復(fù)位后，MCLK和SMCLK的信號(hào)源為DCO，DCO的振蕩頻率為800KHZ。ACLK的信號(hào)源為L(zhǎng)FXT1。

MSP430內(nèi)部含有晶體振蕩器失效監(jiān)測(cè)電路，監(jiān)測(cè)LFXT1（工作在高頻模式）和XT2輸出的時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)丟失50us時(shí)，監(jiān)測(cè)電路捕捉到振蕩器失效。如果MCLK信號(hào)來(lái)自LFXT1或者XT2，那么MSP430自動(dòng)把MCLK的信號(hào)切換為DCO，這樣可以保證程序繼續(xù)運(yùn)行。但MSP430不對(duì)工作在低頻模式的LFXT1進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2交通燈設(shè)計(jì)的其他外設(shè)硬件

3.2.1顯示譯碼器

由于單片機(jī)的端口有限，所以在控制數(shù)碼管的時(shí)候使用了74LS47顯示譯碼器。

譯碼原理如圖3-4是所示：

圖3-6 74LS47譯碼圖

圖3-7 74LS47引腳圖

常用的半導(dǎo)體顯示器

(3)基本特點(diǎn) 半導(dǎo)體顯示器的特點(diǎn)是清晰悅目，工作電壓低，體積小，壽命長(zhǎng)，響應(yīng)速度快，顏色豐富，安全可靠。

圖3-9 外設(shè)原理圖

3.2.2數(shù)碼管的使用

本次設(shè)計(jì)使用的是共陽(yáng)LG5621DH雙體數(shù)碼管

（1）數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)

ED數(shù)碼管也稱半導(dǎo)體數(shù)碼管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。它是以發(fā)光二極管作筆段并按共陰極方式或共陽(yáng)極方式連接后封裝而成的。圖3-8所示是兩種LED數(shù)碼管的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，＋、－分別表示公共陽(yáng)極和公共陰極，a～g是7個(gè)筆段電極，DP為小數(shù)點(diǎn)。LED數(shù)碼管型號(hào)較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等。

圖3-10 共陽(yáng)和共陰

（2）LED數(shù)碼管的檢測(cè)方法
用二極管檔檢測(cè)
將數(shù)字萬(wàn)用表置于二極管檔時(shí)，其開路電壓為＋2.8V。用此檔測(cè)量LED數(shù)碼管各引腳之間是否導(dǎo)通，可以識(shí)別該數(shù)碼管是共陰極型還是共陽(yáng)極型，并可判別各引腳所對(duì)應(yīng)的筆段有無(wú)損壞。
1 .檢測(cè)已知引腳排列的LED數(shù)碼管
檢測(cè)接線如圖5-42所示。將數(shù)字萬(wàn)用表置于二極管檔，黑表筆與數(shù)碼管的h點(diǎn)（LED的共陰極）相接，然后用紅表筆依次去觸碰數(shù)碼管的其他引腳，觸到哪個(gè)引腳，哪個(gè)筆段就應(yīng)發(fā)光。若觸到某個(gè)引腳時(shí)，所對(duì)應(yīng)的筆段不發(fā)光，則說(shuō)明該筆段已經(jīng)損壞。
2. 檢測(cè)引腳排列不明的LED數(shù)碼管
有些市售LED數(shù)碼管不注明型號(hào)，也不提供引腳排列圖。遇到這種情況，可使用數(shù)字萬(wàn)用表方便地檢測(cè)出數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)類型、引腳排列以及全筆段發(fā)光性能。

3.2.3 LED燈的選擇

本次設(shè)計(jì)使用了6個(gè)發(fā)光二極管，2個(gè)紅色﹑2個(gè)綠色﹑2個(gè)黃色，采用共陽(yáng)接法，電阻采用300歐姆。

圖3-11

4交通燈系統(tǒng)的軟件

4.1程序設(shè)計(jì)

MSP430系列單片機(jī)支持標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言，在標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，因此掌握標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言對(duì)開發(fā)MSP系列單片機(jī)有著非常重要的作用。下面針對(duì)MSP430系列單片機(jī)開發(fā)介紹一些C語(yǔ)言的開發(fā)基礎(chǔ)。

4.1.1可以使用的數(shù)據(jù)類型

表4-1

4.1.2經(jīng)常使用的延時(shí)函數(shù)

void delay(long v)

{

while(v!=0)v--;

}

delay(100）究竟延時(shí)多久呢？就是這句話執(zhí)行需要的時(shí)間。

時(shí)間等于：機(jī)器周期×需要的機(jī)器周期數(shù)

（在仿真環(huán)境中可以測(cè)試出來(lái)）

4.2交通燈主程序

#include

#include

volatile unsigned char hcq[4];

volatile unsigned char wei,duan;

volatile unsigned char i,j=2;

void rid(void);

主函數(shù)

main(void)

{

WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;// Stop watchdogtimer

TA0CCTL0=CCIE;//使能捕獲比較中斷

TA0CCR0=12000;

TA0CTL=TASSEL_1+TACLR+MC_1;//定時(shí)器A時(shí)鐘源為ACLK,計(jì)數(shù)器清零，增計(jì)數(shù)模式

P1DIR=0XFF;

P2DIR=0XFF;

_enable_interrupts();

進(jìn)入四個(gè)狀態(tài)的循環(huán)

while(1)

{

hcq[0]=1;//第一個(gè)狀態(tài)

hcq[1]=7;

hcq[2]=2;

hcq[3]=0;

while(hcq[0]!=0||hcq[1]!=0)

{P2OUT=0xde;

rid();

}

hcq[0]=0;//第二個(gè)狀態(tài)

hcq[1]=3;

while(hcq[0]!=0||hcq[1]!=0)

{P2OUT=0xdd;

rid();

}

hcq[0]=3;//第三個(gè)狀態(tài)

hcq[1]=0;

hcq[2]=2;

hcq[3]=7;

while(hcq[2]!=0||hcq[3]!=0)

{P2OUT=0xf3;

rid();

}

hcq[2]=0;//第四個(gè)狀態(tài)

hcq[3]=3;

while(hcq[2]!=0||hcq[3]!=0)

{P2OUT=0xeb;

rid();

}

}

}

定時(shí)器中斷函數(shù)

#pragmavector=TIMER0_A0_VECTOR

__interrupt void Timer_A(void)

{

j--;

while(j==0);

{

j=2;

hcq[1]--;

hcq[3]--;

while(hcq[1]==0xff)

{hcq[0]--;

hcq[1]=9;

}

while(hcq[3]==0xff)

{hcq[2]--;

hcq[3]=9;

}

}

}

調(diào)用顯示子程序

void rid()

{

wei=0xe0;

duan=hcq[0];

P1OUT=wei+duan;

__delay_cycles(500);

wei=0xd0;

duan=hcq[1];

P1OUT=wei+duan;

__delay_cycles(500);

wei=0xb0;

duan=hcq[2];

P1OUT=wei+duan;

__delay_cycles(500);

wei=0x70;

duan=hcq[3];

P1OUT=wei+duan;

__delay_cycles(500);

}

5軟件系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)CCS

4.填寫功成名

5.選擇單片機(jī)型號(hào)

如果項(xiàng)目針對(duì)的是Cortex設(shè)備（Stellaris 或 Hercules），請(qǐng)選擇“ARM”。

如果項(xiàng)目針對(duì)的是SoC設(shè)備（DaVinci、OMAP），請(qǐng)根據(jù)所使用的芯片核選擇“ARM”或“C6000”。

6.建立一個(gè)新文件

“Outputtype（輸出類型）”：將設(shè)置保留為“Executable（可執(zhí)行）”以生成完整的程序。另一個(gè)選項(xiàng)為“Static Library（靜態(tài)庫(kù)）”，靜態(tài)庫(kù)是其他項(xiàng)目要使用的功能的集合。

“Device Variant（設(shè)備變量）”：根據(jù)步驟 3 中指定的設(shè)備系列選擇要使用的設(shè)備。第一個(gè)下拉框?yàn)槌Ｒ?guī)篩選器，而第二個(gè)下拉框則為設(shè)備選擇器本身。

“Code Generationtools（代碼生成工具）”：保留默認(rèn)設(shè)置（除非安裝了其他版本的代碼生成工具且要使用某個(gè)特定版本）。

“Output Format（輸出格式）”：通常此選項(xiàng)以灰色顯示為“l(fā)egacy COFF”。目前只有 ARM 系列還允許選擇另外一個(gè)選項(xiàng)“eabi (ELF)”。“

Linker Command File（鏈接器命令文件）”：可留空，鏈接器命令文件可在稍后添加。如果存在可用的有效文件，系統(tǒng)將會(huì)預(yù)填充該字段。如果項(xiàng)目使用 BIOS，則將自動(dòng)添加鏈接器命令文件。

“Runtime SupportLibrary（運(yùn)行時(shí)支持庫(kù)）”：通常將其保留為“（<自動(dòng)>）”，因?yàn)榇a生成工具會(huì)自動(dòng)選擇正確的運(yùn)行時(shí)庫(kù)。如果需要，可在此處選擇其他運(yùn)行時(shí)支持庫(kù)。

“Treat as anAssembly-only project（視為僅匯編項(xiàng)目）”：通常將其取消選中。正如其名稱所示，如果項(xiàng)目中沒有 C 源代碼文件，請(qǐng)選中此復(fù)選框。選中此復(fù)選框后，系統(tǒng)還將從項(xiàng)目中移除運(yùn)行時(shí)支持庫(kù)。

“Target content（目標(biāo)內(nèi)容）”：?jiǎn)⒂脤?duì) BIOS 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持。此部分的 GSG 將不使用該選項(xiàng)。

7.給新文件取名

8.進(jìn)行編譯

結(jié) 論

本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心部件，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)MSP430芯片設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能。此次在軟件上是花費(fèi)時(shí)間比較多的，我們上網(wǎng)找資料，上圖書館，盡可能的了解有關(guān)于交通燈這方面的知識(shí)。而在硬件仿真上，但由于時(shí)間關(guān)系沒能做出實(shí)物來(lái)仿真，但已經(jīng)給出了完整的設(shè)想和具體步驟。

系統(tǒng)不足：時(shí)間設(shè)定中沒有黃燈的等待閃爍時(shí)間，以及自動(dòng)根據(jù)車流改變紅綠燈時(shí)間，此外，還沒有充分考慮的把現(xiàn)代管理、人工智能運(yùn)用到交通的控制中，來(lái)計(jì)算交通控制點(diǎn)之間的距離，來(lái)更合理的安排紅、綠燈的持續(xù)時(shí)間，使城市的交通管理更加人性化。使人們遠(yuǎn)離目前的交通擁塞的現(xiàn)象。

通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)：

1、我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉，使原來(lái)的理論知識(shí)得到具體實(shí)踐。

2、我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一步。

3、在軟硬件仿真方面，在一定程度上了解了MSP430單片機(jī)開發(fā)環(huán)境的功能特性和使用方法，進(jìn)行了仿真。

通過(guò)老師對(duì)設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)，我制定了總—分—總的設(shè)計(jì)論述說(shuō)明結(jié)構(gòu)，較清晰完善的把本人的設(shè)計(jì)展示出來(lái)。

責(zé)任編輯：lq