本設計著重在于分析計算器軟件和開發過程中的環節和步驟，并從實踐經驗出發對計算器設計做了詳細的分析和研究。本系統就是充分利用了G2452芯片的I/O引腳。系統以采用MSP430系列單片機G2452為中心器件來設計花樣LED流水燈系統，通過按鍵實現8個LED燈不同花樣式的閃爍。
目錄
1 項目要求
2 項目分析和系統設計
3 硬件設計
3.1單片機選型模塊
3.2 LED流水燈模塊
3.3功能模式選擇模塊
4 軟件設計
4.1主程序
4.2子程序
5 系統調試
5.1硬件調試
5.2程序調試
5.3聯合調試
6 外延
7 項目演練
8 項目總結
附錄1電路設計原理圖（參考）
附錄2 PCB設計原理圖（參考）
附錄3 關鍵程序（參考）
基于單片機的流水燈系統設計與實現 1 項目要求本項目花樣流水燈采用MSP430單片機為控制器件，用于各方面的裝飾，此花樣流水燈有8個LED燈，六種花樣燈光效果。 （1）初始化后，執行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； （2）當按下按鍵后，執行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； 2 項目分析和系統設計本系統分為硬件和軟件模塊。硬件上我們打算在單片機的不同的i/o中裝上一個流水燈來進行對流水燈進行控制。 在程序方面，首先對msp430的i/o口進行的定義和設置，然后在去定義了一個delay進行延時功能，在用一個switch循環來使得流水燈不斷的循環亮滅。 花樣流水燈采用MSP430單片機為控制器件，用于各方面的裝飾，此花樣流水燈有8個LED燈，兩種花樣燈光效果。 3 硬件設計本系統采用MSP430單片機為控制核心進行設計，該流水燈系統共可分為兩個模塊：單片機選型模塊和LED流水燈模塊。
圖1系統原理框圖 3.1單片機選型模塊MSP430單片機是16位的單片機，采用了精簡指令集（RISC）結構，只有簡潔的27條內核指令，大量的指令則是模擬指令；眾多的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算。這些內核指令均為單周期指令，功能強，運行的速度快。 圖2單片機選型模塊 3.2 LED流水燈模塊
要實現流水燈功能，我們只要將發光二極管LED1～LED8 依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈了。在此我們還應注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則我們就看不到“流水”效果了。且每一個LED燈于一個電阻串聯。電阻的作用就是對通過LED燈的電流進行一定的限制起到去LED燈進行的保護作用。使得其在高電壓的時候使得LED在電阻的保護下不會燒壞。
此圖為共陰極接法，因此當LED_RED給高電平“1”時LED_RED亮；當LED_RED給低電平“0”時，LED_RED滅。 圖3 LED流水燈模塊圖 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計有6種功能模式可以選擇： （1）初始化后，執行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； （2）當按下按鍵后，執行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； 功能（1）：
圖4 流水燈的功能示意圖 4 軟件設計
4.1主程序本系統整體工作主要由單片機程序控制實現，其工作過程為：對端口進行初始化，在主程序中用不同的端口定義分別來點亮流水燈。再用switch語句來對不同的LED燈進行不同類型的流水燈效果。在用延時程序來實現每一個LED的亮滅。 程序整體框架如下圖5所示。
圖5 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容完全相同或相似，為了簡化程序，可以把這些重復的程序段單獨列出，并按一定的格式編寫成子程序。主程序在執行過程中如果需要某一子程序，通過調用指令來調用該子程序，子程序執行完后又返回到主程序，繼續執行后面的程序段。 本系統中所使用的子程序都是比較簡單的，用for語句實現循環之后再使用延時函數進行延時。 子函數的功能流程圖如下：
功能1流程圖： 功能2流程圖：
圖6 功能程序流程框架圖
5 系統調試本單片機的流水燈系統的設計分為硬件電路設計和軟件設計兩個部分，因此調試也分成兩部分進行調試。 5.1硬件調試主要根據系統框圖和硬件原理設計進行原理的繪制、各參數的設置、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，確認各單元電路鏈接無誤，尤其是關鍵元器件，一定要接保護電阻。（1）選擇合適規格的元器件，在放置期間前一定要檢查規格； （2）關鍵器件放置：在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關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設計原則： 在進行PCB設計時，必須遵守PCB設計的一般原則，并應符合要實現的效果設計的要求。 （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和線路連接有問題的情況，印制電路板的制作可防止產生地電位差和元件之間的耦合。 （2）元件面和焊接面應采用相互垂直、斜交、或者彎曲走線，避免相互平 導線盡量短，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射。 5.2程序調試在本系統中，主要分為主程序部分、中斷程序、子程序等。在調試過程中，按照程序功能一項項進行調試，首先確認主程序正確，在確認其他程序。調試方法主要跟蹤調試、斷點調試等等，可以參考相關專業書籍。 5.1.1 CCSV5的打開步驟 - 右鍵Code Composer Studio v5快捷方式，左鍵打開。會出現如圖6所示界面：
圖6 Code 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： 圖7 Code Composer Studio v5軟件打開界面  （3）選擇Project->Import Existing CCS Eclipse Project，導入程序文件夾中的工程；具體操作如圖8：
圖8 Code Composer Studio v5程序導入步驟圖 5.3聯合調試整個系統的軟硬件都完成后，需要進行聯合調試，主要是針對系統設定的功能能否完成和完善進行調試。 調試步驟： (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  單步調試程序，選擇F3查看具體函數。也可以程序下載之后，按下  ，軟件界面恢復到原編輯程序的畫面。再按下實驗板的復位鍵，運行程序。（調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） 1
圖9聯合調試效果圖 6 外延花樣流水燈的流水方式各式各樣，因此我們在以上功能基礎上，還能將程序稍作修改，使之有如下花樣流水效果。 （1）在以上功能下，當再次按下此按鍵后，執行8個LED燈從中間2個開始每隔0.2ｓ向左右兩邊依次點亮，直到8個LED燈全亮，再由兩邊開始滅，直到全滅以此循環； （2）第三次按下此按鍵之后，執行與上次相反的效果，以此循環； （3）第四次按下此按鍵之后，8個LED燈同時閃爍，時間間隔為0.1s； （4）第五次按下按鍵之后，依次執行前面五個程序的效果，以此循環。 以上花樣流水燈的流水功能如圖10，功能（4）是前面幾種功能集中的效果。 功能（1）：    ○○○○○○○○ ○○○●●○○○ ○○●●●●○○ ○●●●●●●○ ○ ○○●●○○○ ○○●●●●○○ ○●●●●●●○ ●●●●●●●● 功能（2）： ●○○○○○○● ●●○○○○●● ●●●○○●●● ●●●●●●●● ○○○○○○○○ ●○○○○○○● ●●○○○○●● ●●●○○●●● 功能（3）：   ●●●●●●●● ○○○○○○○○ 圖10流水燈的功能示意圖
圖11 功能程序流程框架圖7 項目演練對于本設計，尚可以進一步進行如下設計： （1）設計一個心形呼吸流水燈 設計思路如下： 運用MSP430g2553單片機（28PIN、TSSOP封裝）、74HC573鎖存器（20PIN、SOIC封裝）、TLV117穩壓組成。主要原理是利用430單片機產生PWM信號，通過573的使能控制一定數量的LED產生同節奏的“呼吸”效果。通過對產生PWM信號的寄存器的設置，可以得到程度不同的“呼吸”效果。 （2）如今大多數電子產品都是觸碰式按鍵，可以把流水燈的按鍵設計成觸摸式，實現商品現代化； 8項目總結基于單片機的流水燈系統設計與實現，充分運用了LED燈通過MSP430單片機為控制核心，多個中斷程序控制其亮滅，來實現多樣化的亮滅樣式，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，該作品再經過一定的功能完善和外觀制作，符合現代化商場和各市場的裝飾，更有利于推廣。
附錄1電路設計原理圖（參考）附錄2 PCB設計原理圖（參考）
附錄3 關鍵程序（參考）功能（1）子程序：
void effect1()
{
int i,j;
for(i=0;i<=8;i++)
{
P2OUT |= (1<<i); // 1左移i位
delay_ms(200); //延時200MS
}
for(j=0;j<8;j++)
{ // 0x80右移j位
P2OUT &=~ (0x80>>j);
delay_ms(200); //延時200MS
}
}
功能（2）子程序：
void effect2()
{
int i,j;
for(i=0;i<8;i++)
{
P2OUT = (1<<i); // 1左移i位
delay_ms(200); //延時200MS
}
for(j=0;j<=8;j++)
{
P2OUT = (0x80>>j); // 0x80右移j位
delay_ms(200); //延時200MS
}
}
主程序：
void main(void)
{
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // 關閉看門狗
Clock_init(); //時鐘設置子程序
IO_init(); //IO口 子程序
//_EINT();
__enable_interrupt(); // 中斷控制開啟
while(1)
{
switch(a)
{
case 1: effect1();break; //a==1 執行效果1
case 2: effect2();break; //a==2 執行效果2
case 3: effect3();break; //a==3 執行效果3
case 4: effect4();break; //a==4 執行效果4
case 5: effect5();break; //a==5 執行效果5
case 6: effect6();break; //a==6 執行效果6
default : P2OUT &=~ 0XFF;break; //a為其他結果時 P2口清零
}
}
}
#pragma vector=PORT1_VECTOR
__interrupt void Port_1(void)
{
//判斷P1.3按鍵是否按下
if(!(P1IN&BIT3))
{
delay_ms(100); //延時消抖
if(!(P1IN&BIT3))
{
a++;
}
if(a==7)
{
a=0;
}
}
P1IFG&=~(BIT3); //消除中斷標志
}
外延功能（1）子程序：
void effect3()
{
int i,j;
for(i=0;i<=4;i++)
{
P2OUT |= (BIT4<<i)+(BIT3>>i); //BIT4左移i位 BIT3 右移i位
delay_ms(200); //延時200MS
}
for(j=0;j<=4;j++)
{
P2OUT &=~ ((0x01<<j)+(0x80>>j)); //0x01 左移j位 0x50右移j位
delay_ms(200); //延時200MS
}
}
外延功能（2）子程序：
void effect4()
{
int i,j;
for(i=0;i<=4;i++)
{
P2OUT |= (0x01<<i)+(0x80>>i); //0x01 右移i位 0x80 右移 i位
delay_ms(200); //延時200MS
}
for(j=0;j<=4;j++)
{
P2OUT &=~ ((0x10<<j)+(0x08>>j)); //0x10 左移j位 0x08右移j位
delay_ms(200); //延時200MS
}
}
外延功能（3）子程序：
void effect5()
{
int i;
for(i=0;i<8;i++)
{
P2OUT ^= 0XFF; //狀態反轉
delay_ms(100); //延時100MS
}
}
外延功能（4）子程序：
void effect6()
{
effect1();
effect2();
effect3();
effect4();
effect5();
}
int a=0;
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