汽车尾灯控制系统毕业设计.doc

西安建筑科技大学西安建筑科技大学 本科毕业设计（论文）任务书本科毕业设计（论文）任务书 题 目：汽车尾灯控制系统的设计汽车尾灯控制系统的设计 院（系）：信息与控制工程学院信息与控制工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师（签名）： 主管院长（主任） （签名）： 时 间： 一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数） 1.能够模仿汽车左转弯、右转弯、刹车、夜间行驶等操作； 2.需要按逻辑关系控制左转弯、右转弯、刹车、夜间行驶等信号灯； 3.灯光闪烁频率分 1hz 和 30hz 两种； 4.1hz 和 30hz 闪烁信号由单片机内部的定时器解决； 5.系统具有一定的故障监控功能，以提高系统的可靠性。 二二、毕业设计（论文）应完成的具体工作（含图纸数量） 1了解单片机的发展状况，学会选择合适的单片机系列； 2. 掌握单片机的最小系统设计原则 3. 结合设计指标要求，完成硬件系统设计方案； 4.基于 mps430 单片机完成软件功能设计； 5.整体设计完成后，在试验条件下进行模拟仿真。 三、毕业设计（论文）进程的安排（起讫日期： 年 月 日至 年 月 日） 序号设计（论文）各阶段任务日 期备 注 1阅读相关文献、资料，学习mps430单片机16周 2结合设计指标，完成硬件系统设计方案79周 3完成软件编写、调试1012周 4在试验条件下进行模拟仿真13周 5论文编写1415周 6答辩16周 四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务） 1 丁元杰. 单片微机原理及应用. 北京：机械工业出版社， 2000 2 蔡明文. 单片机设计. 武汉：华中科技大学出版社， 2006 3 冯渊. 汽车电子控制技术. 北京：:机械工业出版社,2005 4 sakai h, study on cornering property of tire and vehicle ,tire science and technology, 2005 5 kiencke u, nielsen l. automotive control systems .berlin: springer-verlag, 2000 汽车尾灯控制系统的设计 设计总说明 在我们的现实生活中，单片机的控制作用无处不在，凡是能想象到的地方 几乎都有单片机的需求。单片机的应用有利于产品的小型化，多功能化和智能 化，能够提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境。 本次设计是对汽车转弯灯单片机控制系统的分析与设计，设计中的控制系 统以 msp430f2274 为主控制器，由于它本身的功能强大，汽车转弯灯的驱动 用单片机的驱动功能来完成，使得单片机的功能得到了充分的运用。开关键输 入信号，显示电路从并行 i/o 口输出，有限流电阻和发光二极管组成，低电平 使发光二极管导通，显示出相应的转弯信号。 在此次设计中 msp430f2274 的编译环境是 iar，在此环境中，我对程序 进行了多次仿真与测试，达到了毕设预期的目的。 关键词：msp430f2274；汽车尾灯控制；并行 i/o 口；iar the design on the controlling of vehicles taillights design description while referring to controlling, single-chip microprocessor micro-controller unit plays an very important part. in our daily life, single-chip microprocessor micro- controller unit can function well here and there, no matter what places we can imagine, there is a need of single-chip microprocessor micro-controller unit. the application of single-chip microprocessor micro-controller unit makes for products becoming smaller, more multifunctional and intelligent , it can also increase work efficiency, decrease work intensity, improve the quality of products and perfect work circumstance. this experiment aims at analysis and designing vehicles taillights which are based on msp430f2274. in this experiment, msp430f2274 is my main chip, because of msp430f2274 powerful function, vehicles taillights can be drove by it, so it makes the most use of msp430f2274. the input signals can be got from the switch, the display-circuit can be output though parallel ports, it is made up with registers and diodes. the low electrical level makes the diodes on, and display relevant signals. the compiling circumstance of msp430f2274 is iar, so within this circumstance, i debugged the program, and at last , i reached the goals as i expected before. key words: msp430f2274; control of vehicles taillights; parallel input and output ports；iar 目录 1 绪论 1 1.1 课题的背景和意义 1 1.2 汽车尾灯的发展 2 1.3 设计的主要内容 .3 2.汽车尾灯控制系统 .4 2.1 汽车尾灯的结构 4 2.2 汽车尾灯工作原理 4 2.3 开发环境 5 2.3.1 iar 软件平台 .5 2.3.2 c 语言5 3 msp430 单片机 7 3.1 msp430 单片机的发展 .7 3.2 msp430 单片机的特点 .8 3.3 msp430 单片机家族 .9 3.4 msp430f2274 简介.11 3.4.1 特点 11 3.4.2 msp430f2274 的结构框图12 3.4.3 msp430f2274 的引脚图13 4 硬件设计 15 4.1 系统框架 15 4.2 开关键连接电路 15 4.3 发光二极管连接电路 .16 4.4 总电路图 .17 4.5 硬件电路 .18 5 软件设计 20 5.1 逻辑分析 .20 5.2 尾灯闪烁流程框图 .20 5.3 程序设计与分析 .21 5.3.1 程序 21 5.3.2 程序编译及调试 28 5.3.3 程序分析 31 5.4 功能测试 .33 6 总结 37 致谢 38 参考文献 39 第 0 页 1 绪论 汽车的增加解决了很多交通问题，但同时也带来了很多的烦恼，日益频繁 的交通事故让人深感毛骨悚然，汽车安全成为人们非常关注的话，而在汽车起 步、转弯、变更车道或路边停车时，需要打开转向信号灯以表示汽车的趋向， 提醒周围车辆和行人注意，所以一个智能、可靠、稳定的汽车信号灯控制系统 对安全行车非常重要。 车灯是行车安全的必备件，汽车灯光除照明外，还有一些是信号灯，作为 对其它车辆或行人的灯光信号标志。常用的信号灯有转向灯、转向辅助灯、故 障警告灯、转向指示灯以及倒车报警灯等。汽车转向和报警信号灯是汽车运动 方向和车身状态的表示信号，关系着汽车的安全问题，因此基于单片机的汽车 转向灯控制器的一直以来都是汽车电子设计中的一个十分重要的领域。 1.1 课题的背景和意义 汽车尾灯是 19 世纪 90 年代末由美国哥伦比亚号汽车把电灯作为前灯和尾 灯，最早提出的一种尾灯结构形式。它是在汽车尾灯逐步进步的基础上发展起 来的，其中包含了尾灯的光源、反射镜、照射镜。汽车尾灯包含：转向灯、刹 车灯、位置灯、后雾灯、倒车灯。 近几年来，随着汽车工业的发展，汽车尾灯的技术，工艺也得到了长足的 进展。汽车外形由于设计上的需要、空气动力学的要求及美观的需求，低侧面 流线形的外形越来越受欢迎。尾灯的形状也朝着异型化和一体化发展。汽车 led 灯根据应用可分为配光用灯和装饰用灯两种，配光灯适用于仪表指示灯背 光显示、前后转灯、刹车指示灯、倒车灯、雾灯、阅读灯等功能性方面；装饰 灯主要用于汽车灯光色彩变换，起车内外美化作用。近几年部分车用 led 亮 度问题的解决和成本的下降，其应用量有所增长。但为什么选用 led 灯？研 究表明 led 尾灯的灯泡是用二极管做的，亮度比普通灯泡高，而且反应速度 快。led(light-emitting-diode 为发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光 的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电 场发光。据分析，led 的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。 led 的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达 8090%。将 led 与普通白炽灯、螺旋节能灯及 t5 三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白 炽灯的光效为 12lmw，寿命小于 2000 小时，螺旋节能灯的光效为 60lmw，寿命小于 8000 小时，t5 荧光灯则为 96lmw，寿命大约为 10000 小时，而直径为 5 毫米的白光 led 为 2028lmw，寿命可大于 100000 小时。 现在社会的大背景大主题就是：节能，环保，低碳，所以尾灯的此项研究势在 第 1 页 必行。 尾灯就仿佛汽车的眼睛，只有有一双明亮，敏锐的眼睛行驶才会安全，所 以此处更加说明了此次课设的重大意义。 1.2 汽车尾灯的发展 18 世纪汽车诞生之时，信号灯已问世。最初的信号灯只有单一功能，即一 只灯只有一种功能；当双丝灯泡被广泛采用后，才有结合后位置灯和制动灯合 的灯具。直到 80 年代初，才出现将各种功能信号灯组合在一起的组合尾灯， 这种组合尾灯的壳体上有不同功能的灯仓，对应的面罩也有不同的颜色，使用 不同的灯泡，此时的面罩还是单色。90 年代，多色面罩技术广泛使用，使组合 尾灯的面罩成为一个整体，现代汽车的尾灯基本上都使用多色面罩的组合尾灯； 单一功能的信号灯，只有在一些豪华大客车上才能看到。 信号灯围绕着法规的要求而发展，其主要作用是显示车辆的存在、宽度、 状态以及辅助照明等。它包括前转向灯、后转向灯、倒车灯、制动灯、后尾灯、 组合式前信号灯、组合式后信号灯等。各种灯光具有不同的用途，使用很有讲 究，既不可乱用也不可不用。 汽车上常用的信号灯主要有： （1）汽车转向信号灯又称方向指示灯（简称转向灯）：它装在汽车的前、 后、左、右四角，有独立式、一灯两用式和组合式。转向信号灯的作用是在汽 车行驶转弯时，发出明暗交替的闪光信号，使前后车辆、行人等知其行驶方向。 （2）转向指示灯：安装在仪表板上，标志汽车转向并指示转向灯工作情 况的灯具，它与转向信号灯并联，并一起工作。 （3）危急报警信号灯：在紧急情况下能发出闪光报警信号的灯具。通常 由转向灯兼任，这种情况下前后左右转向灯同时点亮。它受危急报警开关和闪 光器控制。 （4）尾灯：夜间行车时向后方表示汽车存在的灯具。 （5）制动灯：制动灯又称制动信号灯，俗称“刹车灯”。均装在汽车后面， 多采用组合式灯具。其用途是在汽车制动停车或减速行驶时，向车后发出灯光 信号，以警告尾随的车辆或行人。制动灯法定为红色，其灯泡功率一般为 2040w，制动灯开关与制动踏板相连，只要制动，灯就会亮，其受制动开关 控制。 （6）门灯：指示车门关闭状况的信号灯。通常受控于门轴处的控制开 关。 （7）倒车灯：汽车倒车灯用以在倒车时照亮车辆后面环境，警示车后的 行人和车辆注意避让。正确使用信号灯对减少交通事故有明显效果。 第 2 页 目前流行的信号灯加工工艺，都是使用多色技术的整体面罩和镀铝的壳体 组。壳体和面罩的连接方式在不同的车系中有不同的方式：欧系车的组合尾灯 以焊接为主，日系车以胶粘接为主，美系车两种方式都有采用；焊接方式有热 板焊、磨擦焊、超声波焊等；信号灯使用的胶也有热胶、冷胶之分。在灯泡座 方面，日系和美系车主要使用单个带密封的灯泡座，灯泡座之间用导线连接， 通过共用的组合插头与车体线束连接，为灯泡座式通用件；欧系车通常使用整 体的灯泡座，所有灯泡都装在同一个灯泡座上，灯泡座上有插接器同车体线束 连接，灯泡座与灯体之间有密封和不密封两种形式，灯泡座是为个别产品专门 设计的。 与此同时，近年来汽车外形由于设计上的需要、空气动力学的要求及美观 的需求，低侧面流线形的外形越来越受欢迎。因此，尾灯的形状也朝着异型化 和一体化发展。同时，由于尾灯占用了汽车后车厢的体积，因此希望装入深度 尽量浅。于是就开发出，将转向灯、刹车灯、后位灯和倒车灯等多种功能信号 灯组合在一个灯具中。 对于组合式尾灯，led 更具优势。因为它体积小、功耗小、 颜色单一 （无须用滤光片） ，为组合灯的外观设计提供了很大的自由度。led 发光时产 生的热量，相对于白炽灯而言很小， 因此对于灯具材料的耐热性要求不是很 高。其次，由于 led 发出的光束集中，更易于控制， 且不需要用反射器聚光， 有利于减小灯具的深度。例如，利用平面镜光学系统，可以只用 1-2led 照亮 很大的表面，而灯具深度又很浅；而利用光导技术，led 直接装于光导管旁， 可大大减少光源及其它组件占用的体积，制成超薄的灯具。 1.3 设计的主要内容 随着现代社会的不断发展，高科技技术产品的日新月异，人们的生活也日 益便捷化，舒适化。我们在享受这些产品给我们带来便利的同时，又在深深为 它们背后潜藏的危机所担忧。汽车就是其中之一。 针对以上问题，我从客观角度出发，对汽车尾灯控制系统做了研究，在论 文中，第一章我就尾灯现在的发展状况做一说明，第二章就本次设计我的设计 内容及要求，设计原理，运用的相关软件做出介绍，第三章是我对此次设计的 主芯片 msp430f2274 及其家族成员的学习，第四章是我的硬件设计，第五章 软件设计与分析，最后就是总结，致谢，参考文献。 第 3 页 2.汽车尾灯控制系统 对于多数驾驶员来说，转向信号灯似乎相当简单： 仅仅是向上或向下推 动调节杆，转向信号灯就会闪烁。 话虽如此，但实际上其中却采用了高级， 先进的设备和技术。 其中有一个主芯片，称之为 msp430f2274，它功能强大， 通过其并行 i/o 口输入输出器控制信号，简捷，高效。 2.1 汽车尾灯的结构 下图给出了汽车尾灯的结构，通过解析分析了尾灯的光源，并进行了相应 的实验，如图 1、图 2 所示。理论分析和实验结果表明，汽车尾灯在副灯丝的 下方有一个钼制的遮光罩, 遮光罩一侧沿水平遮光, 另一侧向下倾斜 15遮光, 经反射镜反射后, 前者形成一条水平明暗截止线, 后者形成一上倾斜 15的明暗 截止线。 图 2-1 h4 灯结构图 图 2-2 h4 灯灯丝尺寸及遮光方法 2.2 汽车尾灯工作原理 汽车尾灯的这项设计主要是对单片机的并行输入/输出口电路的应用，通 过 i/o 口控制发光二极管的亮，灭，闪烁，加上一些复位电路，按键电路，驱 动电路来模拟汽车尾灯的功能。 汽车驾驶时有左转弯，右转弯，合紧急开关，停靠等操作。在左转弯或右 第 4 页 转弯时，通过转弯操作杆使左转开关或右转开关合上，从而使左头灯，仪表板 左转弯灯，左尾灯或右头灯仪表板右转弯灯，右尾灯闪烁；以上闪烁，都为频 率为 1hz 的低频闪烁；在汽车停靠而停靠开关合上时，左头灯，右头灯，左尾 灯，右尾灯按频率为 30hz 的高频闪烁。其对应灯的闪烁框图如下图示： 操作左前灯右前灯左后灯右后灯 左转弯低频闪烁低频闪烁 右转弯低频闪烁低频闪烁 刹车高频闪烁高频闪烁高频闪烁高频闪烁 应急亮亮亮亮 警报高频闪烁高频闪烁高频闪烁高频闪烁 图 2-3 尾灯闪烁框图 2.3 开发环境 2.3.1 iar 软件平台 iar system 是全球领先的嵌入式系统开发工具和服务的供应商。公司成立 于 1983 年，迄今已有 27 年，提供的产品和服务涉及到嵌入式系统的设计、开 发和测试的每一个阶段，包括：带有 c/c+编译器和调试器的集成开发环境 (ide)、实时操作系统和中间件、开发套件、硬件仿真器以及状态机建模工具。 它最著名的产品是 c 编译器-iar embedded workbench, 支持众多知名半导体 公司的微处理器。msp430f2274 是其中之一。iar for nec 4.60a 的特性是： 支持 misra-c:2004；改进的优化；iar visual state 编译集成；flash 编译仿 真和 eeprom 仿真；改进文档编译器；更新的器件支持。 2.3.2 c 语言 c 语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇 编语言的特点。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作 第 5 页 为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范 围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到 c 语言，具体应用 比如单片机以及嵌入式系统开发。 c 语言的特点是：c 是中级语言；c 是结构式语言；c 语言功能齐全 其优点是：简洁紧凑、灵活方便；运算符丰富；数据类型丰富；c 是结构 式语言；语法限制不太严格，程序设计自由度大；允许直接访问物理地址,对硬 件进行操作；生成目标代码质量高，程序执行效率高；适用范围大，可移植性 好。 缺点是：（1）c 语言的缺点主要表现在数据的封装性上，这一点使得 c 在数据的安全性上有很大缺陷，这也是 c 和 c+的一大区别。 （2）c 语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影 响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。从应用的角度，c 语言比其他 高级语言较难掌握。 第 6 页 3 msp430 单片机 msp430 系列单片机是美国 德州仪器（ti）1996 年开始推向市场的一 种 16 位超低功耗，具有精简指令集（ risc）的混合信号处理器（ mixed signal processor） 。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求， 将多个不同功能的 模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上， 以提供“单片”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器 仪表中。 3.1 msp430 单片机的发展 德州仪器 1996 年到 2000 年初，先后推出了 31x、32x、33x 等几个系 列，这些系列具有 lcd 驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列 有 rom 型（c） 、otp 型（p） 、和 eprom 型（e）等芯片。eprom 型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。这也表明了这几 个系列的开发模式，即：用户可以用 eprom 型开发样机；用 otp 型进 行小批量生产；而 rom 型适应大批量生产的产品。 2000 年推出了 11x/11x1 系列。这个系列采用 20 脚封装，内存容量、 片上功能和 i/o 引脚数比较少，但是价格比较低廉。 这个时期的 mps430 已经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点， 但也有不尽如人意之处。它的许多重要特性如：片内串行通信接口、硬件乘 法器、足够的 i/o 引脚等，只有 33x 系列才具备。 33x 系列价格较高，比 较适合于较为复杂的应用系统。当用户设计需要更多考虑成本时，33x 并 不一定是最适合的。而片内高精度 a/d 转换器又只有 32x 系列才有。 2000 年 7 月推出了 f13x/f14x 系列，在 2001 年 7 月到 2002 年又相继 推出 f41x、f43x、f44x。这些全部是 flash 型单片机。 f41x 系列单片机有 48 个 i/o 口，96 段 lcd 驱动。f43x、f44x 系列 是在 13x、14x 的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动 lcd 的段数由 3xx 系列的最多 120 段增加到 160 段。并且相应地调整了显示存储器在存储区 内的地址，为以后的发展拓展了空间。 msp430 系列的部分产品具有 flash 存储器，在系统设计、开发调试及 实际应用上都表现出较明显的优点。 ti 公司推出具有 flash 型存储器及 jtag 边界扫描技术的廉价开发工具 msp-fet430x110，将国际上先进的 jtag 技术和 flash 在线编程技术引入 msp430。这种以 flash 技术与 fet 第 7 页 开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一 个较为理想的样机开发方式。 2001 年 ti 公司又公布了 bootstrap loader 技术，利用它可在烧 断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提 供了又一方便的手段。 bootstrap 具有很高的保密性，口令可达到 32 个字节的长度。 ti 公司在 2002 年底和 2003 年期间又陆续推出了 f15x 和 f16x 系列的 产品。 在这一新的系列中，有了两个方面的发展。一是从存储器方面来说， 将 ram 容量大大增加，如 f1611 的 ram 容量增加到了 10kb。二是从 外围模块来说，增加了 i2c、dma、dac12 和 svs 等模块。 3.2 msp430 单片机的特点 处理能力强：msp430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令 集（risc）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数 寻址） 、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内 数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可 编制出高效率的源程序。 运算速度快：msp430 系列单片机能在 25mhz 晶体的驱动下，实现 40ns 的指令周期。16 位的数据宽度、40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器 （能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 fft 等） 。 超低功耗：msp430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的 电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。 首先，msp430 系 列单片机的电源电压采用的是 1.8-3.6v 电压。因而可使其在 1mhz 的时钟条 件下运行时，芯片的电流最低会在 165a 左右，ram 保持模式下的最低功耗 只有 0.1a。 其次，独特的时钟系统设计。在 msp430 系列中有两个不同的 时钟系统：基本时钟系统、锁频环（fll 和 fll+）时钟系统和 dco 数字振 荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768hz） ，也可以使用两个晶体 振荡器。由系统时钟系统产生 cpu 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以 在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的 功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（ am）和五种低功耗模 式（lpm0lpm4） 。在实时时钟模式下，可达 2.5a ，在 ram 保持模式 下，最低可达 0.1a 。 片内资源丰富：msp430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。 它们分别是看门狗（wdt） 、模拟比较器 a、定时器 a0（timer_a0） 、定时器 第 8 页 a1（timer_a1） 、定时器 b0（timer_b0） 、uart、spi、i2c、硬件乘法器、 液晶驱动器、10 位/12 位 adc、16 位 - adc、dma、i/o 端口、基本定时 器（basic timer） 、实时时钟（rtc）和 usb 控制器等若干外围模块的不同组 合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比 较，配合定时器，可设计出 a/d 转换器；16 位定时器（timer_a 和 timer_b）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时 序发生、 pwm 等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信 接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的 i/o 端口，p0、p1、p2 端口 能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12 位硬件 a/d 转换器有较高的 转换速率，最高可达 200kbps ，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液 晶多达 160 段；实现两路的 12 位 d/a 转换；硬件 i2c 串行总线接口实现存 储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的 dma 模块。msp430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。 另外，msp430 系列单片机的 中断源较多，并且可以任意嵌套，使用 时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5s。 方便高效的开发环境：msp430 系列有 opt 型、 flash 型和 rom 型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于 opt 型和 rom 型的器 件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于 flash 型则有十分方便 的开发调试环境，因为器件片内有 jtag 调试接口，还有可电擦写的 flash 存储器，因此采用先下载程序到 flash 内，再在器件内通过软件控制程序的 运行，由 jtag 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种 方式只需要一台 pc 机和一个 jtag 调试器，而不需要仿真器和编程器。开 发语言有汇编语言和 c 语言。 3.3 msp430 单片机家族 msp430x1xx 系列： 基于闪存或 rom 的超低功耗 mcu，提供 8mips，工作电压为 1.8v - 3.6v，具有高达 60kb 的闪存和各种高性能模拟及智能数字外设。 超低功耗低至： 0.1a ram 保持模式 0.7a 实时时钟模式 200a/mips 工作模式 在 6s 之内快速从待机模式唤醒。 器件参数： 闪存选项：1kb 60kb rom 选项：1kb 16kb ram 选项：512b 10kb gpio 选项：14、22、48 引脚 adc 选项：10 和 12 位斜率 第 9 页 sar 其它集成外设：模拟比较器、 dma、硬件乘法器、 svs、12 位 dac。 msp430f2xx 系列： 基于闪存的超低功耗 mcu，在 1.8v - 3.6v 的工作电压范围内性能高 达 16mips。包含极低功耗振荡器 (vlo)、内部上拉/下拉电阻和低引脚数 选择。 超低功耗低至： 0.1a ram 保持模式 0.3a 待机模式 (vlo) 0.7a 实时时钟模式 220a/mips 工作模式 在 1s 之内超快速地从待机模式唤醒。 器件参数： 闪存选项：1kb 120kb ram 选项：128b 8kb gpio 选项： 10、16、24、32、48、64 引脚 adc 选项：10 和 12 位斜率 sar、16 位 - adc 其它集成外设：模拟比较器、硬件乘法器、 dma、svs、12 位 dac、运算放大器。 msp430c3xx 系列： 旧款的 rom 或 otp 器件系列，工作电压为 2.5v - 5.5v，高达 32kb rom、4mips 和 fll。 超低功耗低至： 0.1a ram 保持模式 0.9a 实时时钟模式 160a/mips 工作模式 在 6s 之内快速从待机模式唤醒。 器件参数： rom 选项：2kb 32kb ram 选项：512b 1kb gpio 选项： 14、40 引脚 adc 选项：14 位斜率 sar 其它集成外设： lcd 控制器、 硬件乘法器。 msp430x4xx 系列： 基于 lcd 闪存或 rom 的器件系列，提供 8-16mips，包含集成 lcd 控制器，工作电压为 1.8v-3.6v，具有 fll 和 svs。低功耗测量和 医疗应用的理想选择。 超低功耗低至： 0.1a ram 保持模式 0.7a 实时时钟模式 200a/mips 工作模式 在 6s 之内快速从待机模式唤醒。 器件参数： 闪存/rom 选项：4kb 120kb ram 选项：256b 8kb gpio 选项： 14、32、48、56、68、72、80 引脚 adc 选项：10 和 12 位斜率 sar、16 位 - adc 其它集成外设： lcd 控制器、模拟比较器、 12 位 dac、dma、硬件乘法器、运算放大器、 usci 模块 第 10 页 msp430f5xx 系列： 新款基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在 1.8v-3.6v 的工作 电压范围内性能高达 25mips。包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。 超低功耗低至： 0.1a ram 保持模式 2.5a 实时时钟模式 165a/mips 工作模式 在 5s 之内快速从待机模式唤醒。 器件参数： 闪存选项：高达 256kb ram 选项：高达 16kb adc 选项：10 和 12 位 sar 其它集成外设： usb、模拟比较器、 dma、硬件乘法器、 rtc、usci、12 位 dac。 3.4 msp430f2274 简介 3.4.1 特点 低工作电压：1.83.6v 超低功耗：活动模式250a 1mhz,2.2v;待机模式0.7a;掉电模式（ram 数据保持） 0.1a；5 种节电模式。 从待机到唤醒的响应时间不超过1s。 十六位精简指令结构，62.5n秒的指令执行周期。 基本时钟模块配置：片内高频时钟源，频率高达16mhz并存有四个已经校 正的频率参数存在在flash的信息段a中，其误差在1%以内；内部还有 低功耗低频振荡器vlo；32khz晶振模块；外部数字时钟源 带有三个捕获/比较器的16 位定时器timer_a，timer_b 通用串行通讯接口：增强型的异步通讯，支持波特率自动检测；红外编/解 码器；同步通讯spi；i2c；lin。 10 位，200-ksps a/d 转换器带有内部参考源、采样保持、自动扫描特性 和数据传送控制器 2 个可编程的运放oa0，oa1 掉电检测（brownout detector) flash 存储器高达32kb，ram 高达1kb。 调试接口 串行在系统编程，无需外加编程电压，可选择烧断熔丝来保护代码 内置自启动引导程序（bootstrap loader) 在线仿真模块：spy-bi-wire和4-wire jtag 第 11 页 3.4.2 msp430f2274 的结构框图 图 3-1 msp430f2274 的结构框图 注释：这是 msp430f2274 的结构框图，各个部分通过 mab 与 mdb 与总线相 连接，16mhz 的 cpu，16 位的寄存器；基本时钟系统通过分频可产生子系统 时钟，辅助时钟，主系统时钟；在线仿真模块 spy-bi-wire 和 4-wire jtag； 掉电保护模式最小模式和重新设置模式；分别有 32kb，16 kb，8 kb 的 flash；1 kb，512b 的 ram；模数转换 adc，运放 oa0，oa1；4*8 个输入 输出口；看门狗 wdt；计时器 a，b 等。 第 12 页 3.4.3 msp430f2274 的引脚图 图 3-2 msp430f2274 的引脚图 引脚注释：1:为 port 上的 jtag 引脚选择测试模式。产品的保密熔丝连接到测 试端。在编程和测试期间 spy-bi-wire 测试时钟输入。 2：数字电压电源正端 3：通用数字 i/o 口；定义 dco 标称频率的外部电阻输入。 4：数字电压电源负端 8：通用数字 i/o 口；辅助时钟 aclk 输出；模拟输入 a0-12-位 adc;v 放大器 a。 9：通用数字 i/o 口；timer_a,时钟信号 inclk;子系统时钟信号 smclk 输出；模拟输入 a1-12-位 adc;放大器 a。 10：通用数字 i/o 口；timer_a,捕获：cci0a 输入，比较：out0 输 出/bsl 传输；模拟输入 a2-12-位 adc;放大器 a。 17：通用数字 i/o 口；timer_b，捕获：cci0a/b 输入，比较：out0 输出。 18：通用数字 i/o 口；timer_b，捕获：cci1a/b 输入，比较：out1 输出。 19：通用数字 i/o 口；timer_b，捕获：cci2a/b 输入，比较：out2 输出。 第 13 页 20：通用数字 i/o 口；timer_b，捕获：cci0a/b 输入，比较：out0 输出；放大器 a。 21：通用数字 i/o 口；timer_b，捕获：cci1a/b 输入，比较：out1 输出；放大器 a。 22：通用数字 i/o 口；timer_b，捕获：cci2a/b 输入，比较：out2 输出；放大器 a。 29：通用数字 i/o 口；timer_a，捕获：cci1a 输入，比较：out1 输出；模拟输入 a3-12-位 adc;所有源的参考电压负端，内部 参考电压；外部应用参考电压；放大器 a。 第 14 页 4 硬件设计 4.1 系统框架 本次设计的主芯片是 msp430f2274，除此之外还需一些驱动电路和外设。 比如按键电路，电源电路，时钟电路和复位电路，需加的外设有 led 显示电 路。其系统框图如下图示： 4.2 开关键连接电路 如下图4-2所示。 说明：图4-2为开关按键电路，当开关按下时端口为低电平，通过软件扫 描，为高电平时即确定无按键按下，继续扫描，知道检测到有低电平时，才确 定有按键并确定是哪个按键按下。当确定是s1按下时，则确定是右拐，其有对 应的灯进行亮灭；当确定是s2按下时，则确定是左拐；当确定是s3按下时，则 确定是刹车；当确定是s4按下时，则确定是应急；当确定是s5按下时，则确定 是警报。 按键电路 时钟电路 复位电路 电源电路 显示电路 图 4-1 单片机控制汽车尾灯系统框图 第 15 页 p2.5/rosc 3 rst/nmi/sbwtdio 7 test/sbwtck 1 p2.4/ta2/a4/vref+ 30 p2.3/ta1/a3/vref- 29 p2.2/ta0/a2 10 p2.1/tainclk/smclk/a1 9 p2.0/aclk/a0 8 p1.2/ta1 33 p1.1/ta0 32 p1.0/taclk/adc10clk 31 p1.3/ta2 34 p1.4/smclk/tck 35 p1.7/ta2/tdo/tdi 38 p1.6/ta1/tdi/tclk 37 p1.5/ta0/tms 36 xin/p2.6 6 xout/p2.7 5 p3.0/ucb0ste/uca0clk/a5 11 p3.1/ucb0simo/ucb0sda 12 p3.2/ucb0somi/ucb0scl 13 p3.3/ucb0clk/uca0ste 14 p3.4/uca0txd/uca0simo 25 p3.5/uca0rxd/uca0somi 26 p3.6/a6 27 p3.7/a7 28 p4.5/tb2/a14 22 p4.4/tb1/a13 21 p4.3/tb0/a12 20 p4.2/tb2 19 p4.1/tb1 18 p4.0/tb0 17 p4.6/tbouth/a15 23 p4.7/tbclk 24 avcc 16 avss 15 u1 msp430f2274 r1 r2 r3 r4 r5 s1s3s2 s4s5 3.3v 图4-2 开关按键连接电路 4.3 发光二极管连接电路 如下图4-3所示。 说明：这是个很简单的二极管发光电路，根据其导通原理，其正向导通时 电源提供 3.3 伏的导通电压。d1 为左前灯，d2 为右前灯，d3 为左后灯，d4 为右前灯。若为左拐，则 d1，d3 为 1hz 的闪烁；若为右拐，则 d2，d4 为 1hz 的闪烁；若为刹车则 d3，d4 为 30hz 的高频闪烁；若为应急则四个灯都 亮；若为警报则四个灯都是 30hz 的高频闪烁。 第 16 页 p2.5/rosc 3 rst/nmi/sbwtdio 7 test/sbwtck 1 p2.4/ta2/a4/vref+ 30 p2.3/ta1/a3/vref- 29 p2.2/ta0/a2 10 p2.1/tainclk/smclk/a1 9 p2.0/aclk/a0 8 p1.2/ta1 33 p1.1/ta0 32 p1.0/taclk/adc10clk 31 p1.3/ta2 34 p1.4/smclk/tck 35 p1.7/ta2/tdo/tdi 38 p1.6/ta1/tdi/tclk 37 p1.5/ta0/tms 36 xin/p2.6 6 xout/p2.7 5 p3.0/ucb0ste/uca0clk/a5 11 p3.1/ucb0simo/ucb0sda 12 p3.2/ucb0somi/ucb0scl 13 p3.3/ucb0clk/uca0ste 14 p3.4/uca0txd/uca0simo 25 p3.5/uca0rxd/uca0somi 26 p3.6/a6 27 p3.7/a7 28 p4.5/tb2/a14 22 p4.4/tb1/a13 21 p4.3/tb0/a12 20 p4.2/tb2 19 p4.1/tb1 18 p4.0/tb0 17 p4.6/tbouth/a15 23 p4.7/tbclk 24 avcc 16 avss 15 u1 msp430f2274 d1 d2 d3 d4 r6 10k r7 10k r8 10k r9 10k 3.3v 图4-3 发光二极管连接电路 4.4 总电路图 如下图 4-4 所示。 说明：这是上面俩图的组合，p4口为信号输入口，p2口为信号输出口，信 号输入后经过芯片，通过软件逻辑来确定输出信号，从而控制对应灯的闪烁， 亮灭。当确定是s1按下时，即右拐，则d2，d4为1hz的闪烁；当确定是s2按下 时，则确定是左拐，则d1，d3为1hz的闪烁；当确定是s3按下时，则确定是刹 车，则d3，d4为30hz的高频闪烁；当确定是s4按下时，则确定是应急，那么 四个灯都亮；当确定是s5按下时，则确定是警报，四个灯都是30hz的高频闪烁。 第 17 页 p2.5/rosc 3 rst/nmi/sbwtdio 7 test/sbwtck 1 p2.4/ta2/a4/vref+ 30 p2.3/ta1/a3/vref- 29 p2.2/ta0/a2 10 p2.1/tainclk/smclk/a1 9 p2.0/aclk/a0 8 p1.2/ta1 33 p1.1/ta0 32 p1.0/taclk/adc10clk 31 p1.3/ta2 34 p1.4/smclk/tck 35 p1.7/ta2/tdo/tdi 38 p1.6/ta1/tdi/tclk 37 p1.5/ta0/tms 36 xin/p2.6 6 xout/p2.7 5 p3.0/ucb0ste/uca0clk/a5 11 p3.1/ucb0simo/ucb0sda 12 p3.2/ucb0somi/ucb0scl 13 p3.3/ucb0clk/uca0ste 14 p3.4/uca0txd/uca0simo 25 p3.5/uca0rxd/uca0somi 26 p3.6/a6 27 p3.7/a7 28 p4.5/tb2/a14 22 p4.4/tb1/a13 21 p4.3/tb0/a12 20 p4.2/tb2 19 p4.1/tb1 18 p4.0/tb0 17 p4.6/tbouth/a15 23 p4.7/tbclk 24 avcc 16 avss 15 u1 msp430f2274 d1 d2 d3 d4 r6 10k r7 10k r8 10k r9 10k 3.3v r1 10k r2 10k r3 10k r4 10k r5 10k s4s5 s1s2s3 3.3v 图4-4 总电路图 4.5 硬件电路 如图 4-5 示。 说明：最上边的是主芯片msp430f2274，它的下边是外围电路，开关按键 电路，最左边的是电源，提供3.3v电压 第 18 页 图4-5 硬件电路 第 19 页 5 软件设计 5.1 逻辑分析 汽车尾灯的控制运用的是 msp430f2274 芯片的并行输入输出口，通过开 关按键电路来输入信号，经过主芯片输出控制尾灯。五种信号的给入都是通过 自己的按键输入，它们是同级的，不存在优先级的选择，简单易于实现。其大 致设计思路如下图： 5.2 尾灯闪烁流程框图 led 灯的 亮灭 开关按键电 路 msp430f22 74 信号 输出 图 5-1 设计流程图 开始 报警 尾灯 终止 信号 应急左转弯刹车右转弯 图 5-2 程序流程图 第 20 页 5.3 程序设计与分析