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(guò)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(guò)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(guò)S2、S3的不同組合，選擇不同的濾波器，經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)題。FT232BM芯片一邊是RS232，另一邊是USB，將原來(lái)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(guò)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(guò)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(xiě)保護(hù)端，高電平時(shí)為只讀芯片，低電平為讀寫(xiě)芯片。SCL為讀寫(xiě)時(shí)鐘端，接MSP430的P5.1腳，SDA為讀寫(xiě)數(shù)據(jù)、地址端，接MSP430的P5.2腳。AT24C32用來(lái)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(guò)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(xiě)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(kāi)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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