MSP430單片機(jī)簡易交通信號燈設(shè)計與實現(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燈，可以模擬各種道路交通燈控制情況。

關(guān)鍵詞：交通信號燈；單片機(jī)；LED燈

1 項目要求

2 項目分析和系統(tǒng)設(shè)計

3 硬件設(shè)計

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

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 項目演練

8 項目總結(jié)

附錄1電路設(shè)計原理圖（參考）

附錄2 PCB設(shè)計原理圖（參考）

附錄3 關(guān)鍵程序（參考）

基于單片機(jī)的簡易交通信號燈設(shè)計與實現(xiàn)

1 項目要求

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

（1）設(shè)計一個交通信號燈控制器，由兩條主干道匯合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈，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間停到禁行線外。

2 項目分析和系統(tǒng)設(shè)計

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LED燈來進(jìn)行對信號燈進(jìn)行控制。

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

3 硬件設(shè)計

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

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)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，只有簡潔的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)存儲器都可參加多種運算。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強(qiáng)，運行的速度快。

圖3-2 單片機(jī)選型模塊

3.2 交通信號燈模塊

要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1～LED8 依次按照交通信號規(guī)則點亮、熄滅，12盞燈就可以按照交通信號燈的方式進(jìn)行閃爍了。在此我們還應(yīng)注意一點，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應(yīng)該延時一段時間，否則我們就看不到其效果了。且每一個LED燈于一個電阻串聯(lián)。電阻的作用就是對通過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候使得LED在電阻的保護(hù)下不會燒壞。

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LED_RED亮；當(dāng)LED_RED給低電平“0”時，LED_RED滅。

圖3-4交通信號燈模塊圖

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高電平就能點亮此LED燈。

3.3功能模式選擇模塊

此設(shè)計有6種功能模式可以選擇：

（1）初始化后，執(zhí)行8個LED燈從右至左逐次點亮，每隔0.2s亮一個LED燈，直到8個LED燈全亮，再從左至右依次熄滅直到全滅，以此循環(huán)；

（2）當(dāng)按下按鍵后，執(zhí)行8個LED燈從右至左每隔0.2s逐一亮滅，直到點亮最左邊一個燈后再從左至右每隔0.2s逐一亮滅，以此循環(huán)；

圖3-5交通信號燈的功能示意圖

4 軟件設(shè)計4.1主程序

本系統(tǒng)整體工作主要由單片機(jī)程序控制實現(xiàn)，其工作過程為：對端口進(jìn)行初始化，在主程序中用不同的端口定義分別來點亮LED燈。再用延時程序來實現(xiàn)每一個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

一個完整的程序是由一個主程序和若干個子程序組成。在一個加工程序中，如果其中有些加工內(nèi)容完全相同或相似，為了簡化程序，可以把這些重復(fù)的程序段單獨列出，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單的，用for語句實現(xiàn)循環(huán)之后再使用延時函數(shù)進(jìn)行延時。

5 系統(tǒng)調(diào)試

本單片機(jī)的交通信號燈系統(tǒng)的設(shè)計分為硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計兩個部分，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)計原則：

在進(jìn)行PCB設(shè)計時，必須遵守PCB設(shè)計的一般原則，并應(yīng)符合要實現(xiàn)的效果設(shè)計的要求。

（1）盡量采用印制電路板，印制電路板不像萬用板一樣會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，按照程序功能一項項進(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

，將程序下載到實驗板中。程序下載完畢之后，可以選擇全速運行程序，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。再按下實驗板的復(fù)位鍵，運行程序。（調(diào)試方式下的全速運行和直接上電運行程序在時序有少許差別，建議上電運行程序）

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圖5-4聯(lián)合調(diào)試效果圖

6 外延

除交通信號燈的顯示方式之外，我們在以上功能基礎(chǔ)上，還能將其加上語音提示以及時間顯示的效果。

基于單片機(jī)的交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，充分運用了LED燈通過MSP430單片機(jī)為控制核心，多個中斷程序控制其亮滅來實現(xiàn)對道路交通的控制，從而使單一的LED燈變得多元化。主要利用的知識點有中斷操作、單片機(jī)原理知識等，并利用C語言編程，最后制作出一個完善的作品，該作品再經(jīng)過一定的功能完善和外觀制作，符合現(xiàn)代化商場和各市場的裝飾，更有利于推廣。

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附錄1電路設(shè)計原理圖（參考）