摘  要： 介紹了基于MSP430微控制器和TCS230顏色傳感器實(shí)現(xiàn)顏色識(shí)別的基本方法及其識(shí)別電路,；同時(shí)簡(jiǎn)要介紹基于FT232BM的USB串行通信的實(shí)現(xiàn)。采用MSP430作為主控微控制器對(duì)TCS230采集的顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,、標(biāo)定、存儲(chǔ)并通過FT232BM傳輸至上位機(jī),。
 關(guān)鍵詞： MSP430,；顏色識(shí)別；TCS230,；USB通信,；FT232BM

　　隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展,，生產(chǎn)和圖像處理過程中的顏色識(shí)別已被基于顏色識(shí)別傳感器的顏色識(shí)別系統(tǒng)所代替,。TCS230顏色識(shí)別傳感器將紅綠藍(lán)三基色（RGB）的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定頻率的頻率信號(hào)，MSP430主控微控制器將TCS230傳輸頻率信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào),，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理,、標(biāo)定，并對(duì)TCS230回饋控制,。USB通信因本身含有電源,，因此可以采用此電源為顏色識(shí)別微控制器系統(tǒng)的控制電源。FT232BM為USB-Serial的集成芯片,，主要實(shí)現(xiàn)在微控制系統(tǒng)USB通信和上位機(jī)RS232通信之間的轉(zhuǎn)換,。由于顏色的識(shí)別需要初始化的基準(zhǔn)，因此本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有存儲(chǔ)初始化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)電路以及初始化數(shù)據(jù)自動(dòng)生成和讀取的程序,。
1 顏色傳感器TCS230
　　TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器,，是業(yè)界第一個(gè)有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器,。TCS230可實(shí)現(xiàn)每個(gè)彩色通道10位以上的A/D轉(zhuǎn)換，圖1是TCS230的引腳和功能框圖,。

1.1 TCS230識(shí)別顏色的原理
　　TCS230采用8引腳的SOIC表貼或DIP封裝,。在芯片上集成4種類型：(1)帶有紅色濾波器；(2)帶有綠色濾波器,；(3)帶有藍(lán)色濾波器,；(4)不帶濾波器各16個(gè)共64個(gè)光電二極管。64個(gè)光電二極管交叉并聯(lián)均勻分布,，可以最大限度減少入射光的不均勻性,，又可以消除顏色的位置誤差。
　　S0,、S1為輸出比例因子或電源關(guān)斷模式,，S2、S3為濾波器類型的選擇,，如表1,。OE 為頻率輸出使能，也可以片選信號(hào),，低電平有效,；OUT為頻率輸出。

　　當(dāng)入射光投射到TCS230時(shí),，通過S2,、S3的不同組合，選擇不同的濾波器,，經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路輸出不同頻率占空比為1/2的方波,。不同頻率和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)不同的頻率，選擇S0,、S1的組合,，選擇不同的輸出比例因子，對(duì)輸出頻率進(jìn)行微調(diào),。MSP430對(duì)TCS230輸出的頻率進(jìn)行測(cè)試后得到一定的數(shù)據(jù),，再與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確定收到的光的顏色的比例及強(qiáng)度,。
1.2 TCS230與MSP430的接口電路
 　　圖2為MSP430微控制器和TCS230的接口電路,，MSP430系列單片機(jī)具有超低功耗、強(qiáng)大的處理能力,、高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊,、系統(tǒng)工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。P1.5控制頻率輸出,；P1.1,、P1.2控制輸出比例因子,； P1.3、P1.4控制濾波器選擇,；頻率輸出接至MSP430定時(shí)器的外部輸入TACLK端,，設(shè)置 MSP430的定時(shí)器為外部計(jì)數(shù)方式。通過讀取基本計(jì)數(shù)器A的數(shù)值確定TCS230的輸出頻率,，并根據(jù)P1.1,、P1.2、P1.3,、P1.4的控制數(shù)據(jù)就可以確定R,、G、B的顏色及強(qiáng)度,。

2 FT232BM
　　USB是現(xiàn)代化的接口并通過USB總線直接給設(shè)備供電,，USB接口輕巧并能使大量數(shù)據(jù)在其中傳輸。但是USB硬件設(shè)計(jì)因?yàn)楦哳l率和復(fù)雜的協(xié)議而變得困難,。采用FTDI公司的FT232BM就可以很好解決這個(gè)問題,。FT232BM芯片一邊是RS232，另一邊是USB,，將原來需要外加電源的MAX232轉(zhuǎn)化成了帶RS232轉(zhuǎn)換線的FT232BM芯片就可以實(shí)現(xiàn)USB和RS232通信之間的轉(zhuǎn)換,。
　　FT232BM需要外接6 MHz晶振，采用2腳陶瓷晶振時(shí),，在晶振的兩腳需外接27 pF的對(duì)地電容,。盡管FT232BM工作時(shí)可以不外接93C46存儲(chǔ)器，但93C46存儲(chǔ)器常用于USB內(nèi)部VID,、PID、串行數(shù),、產(chǎn)品描述符等參數(shù)的設(shè)置,，因此實(shí)際設(shè)計(jì)中一般均使用，尤其在多片F(xiàn)T232BM連接到一個(gè)PC機(jī)上時(shí),。外接的93C46（56,、66）存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)要求16 bit，因此93C46的ORG腳接高電平,。EECS腳(E2PROM片選)接93C46的CS腳(片選),；EESK(E2PROM 信號(hào)時(shí)鐘)接93C46的SK(時(shí)鐘信號(hào))；EEDATA(E2PROM數(shù)據(jù))腳接至93C46的DI（數(shù)據(jù)輸入腳）和DO腳（數(shù)據(jù)輸出）,，為防止輸入輸出數(shù)據(jù)的相互干擾,，在DI和DO之間連接2.2 k?贅的電阻加以隔離，如圖3所示,。RSTOUT,、USBDP,、USBDM通過相應(yīng)的電阻接至USB的“B”連接頭上和外部USB口連接，如圖3所示,。FT232BM的TXD,、RXD和MSP430的URXD0、UTXD0交叉連接,，實(shí)現(xiàn)FT232BM和MSP430之間的串口通信,，如圖3所示。

3  MSP430控制電路
　　MSP430帶有6個(gè)I/O端口,，各端口有大量的控制寄存器供用戶操作,，最大限度提供了輸入/輸出的靈活性。通過設(shè)置寄存器,，每個(gè)I/O位都可以獨(dú)立編程,，允許任意組合輸入、輸出及中斷,，P1和P2所有8 bit全部可以做中斷處理,，可以使用所有指令對(duì)寄存器操作，可以按字節(jié)輸入輸出,，也可按位操作,。I/O端口的基本寄存器包括端口方向選擇寄存器PxDIR、輸入寄存器PxIN,、輸出寄存器PxOUT,、功能選擇寄存器PxSEL、P1和P2還帶有中斷觸發(fā)沿選擇寄存器PxIES,、中斷標(biāo)志寄存器PxIFG,。MSP430為識(shí)別電路的主控芯片，主要對(duì)TCS230顏色輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行處理和存儲(chǔ),，接口如圖2所示,。同時(shí)完成和FT232BM之間的通信轉(zhuǎn)換，接口如圖3所示,。為使顏色識(shí)別有統(tǒng)一的基準(zhǔn),，在顏色識(shí)別之前對(duì)相關(guān)色彩的強(qiáng)弱要進(jìn)行初始標(biāo)定、計(jì)算和存儲(chǔ),。AT24C32為32 KB(4 096×8)串行通信的E2PROM,。A0、A1,、A2為片選端,，在多片系統(tǒng)確定每個(gè)芯片的地址。WP為芯片寫保護(hù)端，高電平時(shí)為只讀芯片,，低電平為讀寫芯片,。SCL為讀寫時(shí)鐘端，接MSP430的P5.1腳,，SDA為讀寫數(shù)據(jù),、地址端，接MSP430的P5.2腳,。AT24C32用來存儲(chǔ)各顏色的初始基準(zhǔn)數(shù)據(jù),，以后讀取的數(shù)據(jù)均和此數(shù)據(jù)比較，以確定顏色及光的強(qiáng)度,。
　　TC7660為高頻率的直流電壓轉(zhuǎn)換器,，僅需2個(gè)電容就可以實(shí)現(xiàn)+1.5 V~+10 V電壓至-1.5 V~-10 V電壓的轉(zhuǎn)換。LM317為輸出為1.2 V~37 V電壓調(diào)整管,。ULN2803AG為高電壓,、大電流的達(dá)林頓管。MSP430的P5.3,、P5.4,、P5.5的高低電平，經(jīng)ULN2803AG驅(qū)動(dòng)后接至顏色識(shí)別系統(tǒng)的感光測(cè)頭,，R,、G、B和W之間的電壓即為感光測(cè)頭供給紅,、綠,、藍(lán)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光管的電壓。通過LM317即可調(diào)整W的電位,，調(diào)整RW,、GW、BW之間的電壓值,，從而改變基準(zhǔn)顏色的光強(qiáng),。圖4所示為MSP430控制圖。
4　 軟件系統(tǒng)
　　本顏色識(shí)別系統(tǒng)軟件主要包括：(1)主控器MSP430和TCS230接口測(cè)頻程序,；(2)主控器MSP430和FT232BM串行通信程序；(3)主控器MSP430和AT24C32數(shù)據(jù)讀寫和比較程序,；(4)主控器MSP430和ULN2803AG接口的電壓控制程序,。
　　在使用時(shí)要對(duì)顏色基準(zhǔn)與色標(biāo)之間進(jìn)行比較標(biāo)定。測(cè)頭先讀取色標(biāo)的顏色和光強(qiáng)值,，并存儲(chǔ)為比較的基準(zhǔn)值,。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、開發(fā)周期短,、成本較低,、功能較為完善,，可以用于對(duì)液體、圖片等顏色的識(shí)別,。本系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于彩色擴(kuò)印機(jī)的圖像識(shí)別系統(tǒng)中,，取得了較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
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