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：人民邮电出版社，2008年8月：7～8,61～92
[3] 宁武，唐晓宇，闫晓金.电子设计竞赛技能指导.北京：电子工业出版社，2006年：128～156
[4] 胡伟，季晓衡.单片机c程序设计及应用.北京：人民邮电出版社，2003年7月：67～135
[5] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2001年1月：501～550
[6] 张靖武, 周灵彬．单片机原理应用与PROTEUS仿真．北京：电子工业出版社，2008年：28～60
[7] 张超琦，钟明哲．单片机原理及实例.实践篇．上海：上海交通大学出版社，2007年：110～158
[8]潘超群．单片机控制技术在通信中的应用：MCS-51．北京：电子工业出版社，2008年：200～228
[9]陈涛．单片机原理及C51程序设计．北京：机械工业出版社，2008年：20～66
AVR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：
（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
二、各模块设计思路及原理图
n 单片机最小系统
ATMEGA128是ATMEL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 AVR 8 位微处理器，具有先进的 RISC 结构 。它工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS，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EEPROM，4K 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PWM，6路分辨率可编程（1 到16 位）的PWM，输出比较调制器，8路10 位ADC，2 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：
（图） 单片机最小系统图
n 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：
（图） LED数码管显示模块图
n 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：
（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
n 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
n 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
n 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：
（图） LED显示模块程序流程图
n 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：
（图） 定时器0中断模块程序流程图
（二）关键代码说明
Step1.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number0 = a/10;number1 = a%10; 转换成两个数字并显示
void led_play(unsigned char a)
{
number0 = a/10;
number1 = a%10;
PORTD = 0x00;
PORTD = wei[0];
PORTC = table[number0];
delay_ms(5);
PORTD = 0x00;
PORTD = wei[1];
PORTC = table[number1];
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;
}
}
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，则是南北方向通行，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。如果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)
{
PORTA=0x2d; //使东西方向的左转和直行灯都是红灯
if(num<=30&&num>21)
PORTB=0x1d;
if(num<=21&&num>6)
PORTB=0x2b;
if(num<=6&num>3) //南北方向绿灯闪烁
{
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)
{
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：
21<num<=30时，南北方向的左转、直行、右转分别为绿灯、红灯、绿灯；东西方向的左转、直行、右转分别为红灯、红灯、绿灯。
6<num<=21时，南北方向的左转、直行、右转分别为红灯、绿灯、绿灯；东西方向的左转、直行、右转分别为红灯、红灯、绿灯。
3<num<=6时，南北方向的直行方向绿灯有闪烁。
1<num<=3时，南北方向的直行方向黄灯亮。
mode=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。
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——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。
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