南邮AVR单片机软件交通灯设计报告.docx
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南邮AVR单片机软件交通灯设计报告
通信与信息工程学院
/学年第学期
软件设计实验报告
模块名称AVR单片机软件设计（proteus）
专业
学生班级
学生学号
学生姓名
指导教师
设计题目
基于LED数码管显示的交通灯控制
任务要求
基本要求：
1•用2个7段数码管或2片LCD液晶显示屏分别倒计时东西及南北方向的通行及等待时间。
2•用两组各3个发光二极管模拟两个方向的红、黄、绿交通灯的显示。
3•可任意调节通行时长。
4•要求对东西、南北直行方向的交通灯进行控制，南北方向
互相配合，在通行方向的最后5秒这样处理：
绿灯闪烁3秒后灭，最后2秒黄灯亮。
禁行方向则直接由红灯变为绿灯。
发挥部分：
1•设计三车道十字路口信号灯（左转、直行、右转），右转灯常亮，直行和左转分时通行。
2•用定时器而不是普通的延时程序控制显示时间
实验设备
及软件
CVAVR编程软件、PROTUES仿真软件
同组人员
学号及姓
名
一人一组，无同组成员
参考文献
[1]刘文涛.单片机应用开发实例•北京：
清华大学出版社，2005年
9月：
19〜113
[2]周宝善.经典电子设计与实践DIY.北京：
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[3]宁武，唐晓宇，闫晓金.电子设计竞赛技能指导.北京：
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上海交
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电
子工业出版社，2008年：
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机械工业出版社，2008年：
20〜66
AVF单片机软件设计（proteus）报告
摘要
本文介绍了交通灯系统的设计。
软件部分是基于ATMEGA128单片机的
CVAVR软件系统。
本系统利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用2位共阳数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。
本系统可以按照设定程序在PROTUES仿真软件中自行运行。
可实现基本交通灯功能，系统实用性强、操作简单。
关键词：
单片机最小系统ATMEGA128红绿灯控制仿真
一、总体设计原理及思路
（一）整体思路
本系统的整体框图由ATMEGA128构成主控芯片，主要是实现各个功能模块之间功能交互。
本系统包括红黄绿LED灯显示模块，LED数码管显示模块。
LED数码管显示模块用来显示被点亮的指示灯还将点亮多久；LED发光二极管模块用于指示该方向的3种状态：
通行（绿灯亮）、暂缓通行（黄灯亮）和禁止通行（红灯亮）。
系统结构框图如图所示:
（图）系统结构框图
红绿灯控制器的总体的设计如下图所示:
F-Ds-u：
Li*iT-用■錨F-CiJ«：
rDi[ihFGiTdj城<1口tfJKWh*FTJfDCJM-hlK^££,|Mi>
毗Fl
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hiMrF-drflThU«Fmirrofif?
M-lTKl
（图）红绿灯控制器总体设计图
从上图中可以看出整个设计图。
由CVAVR单片机最小系统模块来控制红绿黄发光二极管组合模块与LED数码管动态显示模块的联合动态显示，可通过代码的编写任意改变通行时间的长短和红绿黄三种灯的交替。
（二）整体设计流程图
、各模块设计思路及原理图
单片机最小系统
ATMEGA1是ATME公司的8位系列单片机的最高配置的一款单片机，稳定性极高，应用极其广泛。
它是高性能、低功耗的AVR8位微处理器，具有先进的RISC结构。
它工作于16MHz时性能高达16MIPS,具有只需两个时钟周期的硬件乘法器。
它有128K字节的系统内可编程Flash，4K字节的EEPRQM4K字节的内部SRAM多达64K字节的优化的外部存储器空间。
它有两个具有独立的预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器，两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器，具有独立预分频器的实时时钟计数器，两路8位PWM6路分辨率可编程（1到16位）的PWM输出比较调制器，8路10位ADC2个具有可编程增益（1x,10x,或200x）的差分通道。
它还具有6种睡眠模式：
空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式。
单片机最小系统如下图所示:
20
PA150
PA249
48PA4~
PA546
45£
PBO10P
PB-111
PB212
13
PB414
PB515
..d
17
PCO35
PC13B
PC237
PC336
PC43Q
PCS43
PC641
PAO51
PB7/002/001C
PF3/ADC3
PF砂DZTCK
PCO/AB
PFS/AOCSHMS
FC1/AS
PF6/ADC6；TDO
PC2/A10
PF7/A0C7/TDI
PC3/A11
PC4/A-12
PijtWR
PC5/A13
PG-VRD
PC6/A14
P02/ALE
PC7iAd5
P03/T0SC2
PO^VTOSCI
AREF
AVCC
FEN
62
P
1J■-J■d・-・_J1-aa-■Fa・rll■■-a■JanJ
567-s-9-0-12-J厂■■--1-09s-785-43-4-s-91
222-22-3-33--23-45-ft-789--R-&55555533-411-丄
■P
（图）单片机最小系统图
LED数码管显示电路模块
按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码
管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM的数码管，共阳数
码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
本系统的数码管采用的是两位共阳数码管。
数码管如下图所示：
ABCDEFGDP1S
8
二
1
:
门
£
1
r—
□
.LL
二
丄
・・・
.Cl
-4
■卜
（图）LED数码管显示模块图
LED灯显示模块
LED灯采用的是共阳接法，即所有的LED管阳级通过一个限流电阻上拉到5V电源，所有的阴级接到单片机的相应引脚。
只要该I/O口置低，该灯就能点亮'本系统出于节省资源，左转灯只用了红、绿两色，直行灯用了红、绿、黄三色，而右转灯由于要常绿，因此只用了一个绿灯。
下图只给出了东西南北方向重其中任意的一个。
LED灯显示模块如下图所示：
-J1REEm
4-3-94ft-
3is■
（图）LED灯显示模块图
三、软件设计
（一）各模块设计思路及流程图主程序模块
主要完成定时器T0的设置，绿、黄灯的初值设定以及各子程序的调用
主程序的流程图如下图所示:
（图）主程序的流程图
LED数码管显示模块
LED数码管显示模块包括南北方向LED显示、东西方向LED显示。
LED数码管显示模块的程序流程图如下图所示：
（图）LED显示模块程序流程图
LED灯显示模块
LED灯的显示及执行流程主要是对I/O的高低电平的控制
LED显示模块的程序流程图如下图所示：
开始
mode=0?
否
是
已15ok=l?
20南北和东西相反
wm绿曹亀縣红躍绿灯亮
是
5W脣藝绿曹亀鶴红瀑绿灯亮
南北直行绿灯闪烁
2否
1
L是
南北方向直行黄灯亮
*,
返口
0（图）LED显示模块程序流程图
定时器0中断模块
定时器0主要通过计数产生1秒的定时时间，使LED数码管按照每秒减1进行倒计时。
定时器0中断模块的程序流程图如下图所示：
10
（图）定时器0中断模块程序流程图
（二）关键代码说明
Stepl以下是将计数数值转换成LED能显示的两个数字的程序代码。
将一
个两位十进制数通过numberO=a/10;numberl=a%10;转换成两个数字并显示
voidled_play（unsignedchara）
{
number0=a/10;
number1=a%10;
PORTD=0x00;
PORTD=wei[0];
PORTC=table[number0];
delay_ms（5）;
PORTD=0x00;
PORTD=wei[1];
PORTC=table[number";
delay_ms（5）;
}
Step2以下是计数器0的中断服务程序。
由于初始化的参数设置，使程序1ms进入一次中断函数，等到进入第1000次时代表1s计时时间到。
1s到了就讲time_counter清零，并将time_1s_os置1，便于主函数每1s执行一次显示函数。
interrupt[TIM0_COMP]voidtimer0_comp_isr（void）
{
if（++time_counter==1000）
{
time_counter=0;
time_1s_ok=1;
}
}
11
Step3以下是主函数里的while
（1）函数。
首先判断是否到达了1s（即检验
time_1s_ok是否为1,若为1,则到达了1s）。
然后将time_1s_ok清零，将计数值num自减1,并将num的值送给LED数码管显示。
接着判断mode为1还是0。
如果为0,贝U是南北方向通行，否则则是东西方向通行。
我在函数中初始化计数初值num为30。
假设mode为0,那么如果num<=30&&num>21，那么使南北方向的左转方向通行，即使南北方向的左转灯为绿灯；同时南北方向的直行方向为红灯；而右转灯无论南北还是东西方向一直都是通行的，即为绿灯。
女口
果num<=21&&num>6，那么南北方向的直行方向为绿灯，左转禁止通行了。
如果num<=6&num>3，南北方向的绿灯闪烁三秒。
如果num<=3&&num>1，则南北方向的直行方向为黄灯。
在mode=0的这30s内，东西方向的左转和直行方向都是禁止的。
mode=1时，则南北和东西方向的情况完全相反，这里就不赘述了。
while
（1）
{
led_play（num）;
if（time_1s_ok）
{
time_1s_ok=0;
if（!
mode）
//使东西方向的左转和直行灯都是红灯
//南北方向绿灯闪烁
{
PORTA=Ox2d;if（num<=30&&num>21）PORTB=Ox1d;if（num<=21&&num>6）PORTB=Ox2b;if（num<=6&num>3）{
PORTB=0x2f;for（i=0;i<20;i++）{
led_play（num）;
}
PORTB=0x2b;
}if（num<=3&&num>1）PORTB=0x2e;if（num<=1）
{
mode=~mode;num=31;
}
}
if（mode）
12
PORTB=0x2d;
if（num<=30&&num>21）
PORTA=0x1d;
if（num<=21&&num>6）PORTA=0x2b;
if（num<=6&num>3）
{
PORTA=0x2f;for（i=0;i<20;i++）{
led_play（num）;
}
PORTA=0x2b;
}if（num<=3&&num>1）PORTA=0x2e;
if（num<=1）
{mode=~mode;num=31;
}
}
num--;
}
}
四、系统测试
在PROTUES软件中画好了仿真图后，将CVAVR中写好的代码放入
ATMEGA16芯片中，然后启动。
情况如下：
mode=0的30秒内：
21631mode=1的30秒内：
东西方向与南北方向与上述现象正好相反。
系统仿真出来的结果和实验的基础要求及提高要求大致上符合，较好的完成
了预期期望。
13
PS仿真一开始led灯的颜色较淡，之后将串接的限流电阻阻值改小后就解决了这个问题。
五、实验心得
首先，从此次实验的完成成果一一基于LED数码管显示的交通灯控制的角度来总结，本次单片机课程设计的红绿灯控制器结构简单，操作方便，对优化城
市交通具有一定的意义。
本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。
同时由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。
总而言之，本次实验我努力完成了课程要求的基本部分和发挥部分，探索的
内容丰富、学习内容非常充实。
其次，从我个人的收获角度来说，在我学习AVR单片机之前我学过51单片机，51单片机用起来简单，价钱也便宜，用于一些比较简单的控制还算可以，开发平台相对单一，但是单片机应用系统开发时，首先遇到的问题就是存储器的扩展。
因为51单片机内部的存储器容量一般都比较小，因此，从单片机外部配置外部存储器，包括程序存储器和数据存储器，就成了应用系统的重要工作之一。
同时扩展的同时又占用了I/O口，当外部设备较多时，原有的几个内部I/O接口就明显不够使用。
所以，通过此次对AVR的学习，让我掌握了一种新的、功能更强大的单片机，对我以后的实际应用很有帮助。
不仅如此，在这几个礼拜的学习中，不断的摸索激发了我对AVR的兴趣，同时也锻炼我的耐心和分析能力，解决一个个困难的过程我认为是非常宝贵的，相信有了这次实验的经历，会对我今后各门学科的学习深有帮助，我觉得受益匪浅、收获良多。
14
15
设计成绩评定
评分内容
具体要求
总分
评分
上机时间
上机时间是否达到要求的学时，按照实际情况给与一定的成绩。
10分
报告审阅结果
报告结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，不与别人雷同。
30分
验收结果
原理
原理清楚，能较好地理解课题任务并提出实施方案。
20分
完成情况
独立完成规定设计任务，论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理，有一定的创新。
30分
操作
能熟练操作相关工具软件，并利用工具软件完成设计任务。
10分
总成绩（五分制）
100分
指导教师评阅意见
注：
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