南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告

南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告PAGE2PAGE2通信與信息工程學(xué)院/學(xué)年第學(xué)期軟件設(shè)計實驗報告 模塊名稱AVR單片機軟件設(shè)計（proteus）專業(yè)學(xué)生班級學(xué)生學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第1頁。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第1頁。設(shè)計題目基于LED數(shù)碼管顯示的交通燈控制任務(wù)要求基本要求：1．用2個7段數(shù)碼管或2片LCD液晶顯示屏分別倒計時東西及南北方向的通行及等待時間。2．用兩組各3個發(fā)光二極管模擬兩個方向的紅、黃、綠交通燈的顯示。3．可任意調(diào)節(jié)通行時長。4．要求對東西、南北直行方向的交通燈進行控制，南北方向互相配合，在通行方向的最后5秒這樣處理：綠燈閃爍3秒后滅，最后2秒黃燈亮。禁行方向則直接由紅燈變?yōu)榫G燈。發(fā)揮部分：1．設(shè)計三車道十字路口信號燈（左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)），右轉(zhuǎn)燈常亮，直行和左轉(zhuǎn)分時通行。2．用定時器而不是普通的延時程序控制顯示時間實驗設(shè)備及軟件CVAVR編程軟件、PROTUES仿真軟件南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第2頁。同組人員學(xué)號及姓名南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第2頁。一人一組，無同組成員參考文獻[1]劉文濤.單片機應(yīng)用開發(fā)實例.北京：清華大學(xué)出版社，2005年9月：19～113[2]周寶善.經(jīng)典電子設(shè)計與實踐DIY.北京：人民郵電出版社，2008年8月：7～8,61～92[3]寧武，唐曉宇，閆曉金.電子設(shè)計競賽技能指導(dǎo).北京：電子工業(yè)出版社，2006年：128～156[4]胡偉，季曉衡.單片機c程序設(shè)計及應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2003年7月：67～135[5]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2001年1月：501～550[6]張靖武,周靈彬．單片機原理應(yīng)用與PROTEUS仿真．北京：電子工業(yè)出版社，2008年：28～60[7]張超琦，鐘明哲．單片機原理及實例.實踐篇．上海：上海交通大學(xué)出版社，2007年：110～158[8]潘超群．單片機控制技術(shù)在通信中的應(yīng)用：MCS-51．北京：電子工業(yè)出版社，2008年：200～228[9]陳濤．單片機原理及C51程序設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社，2008年：20～66南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第3頁。

AVR單片機軟件設(shè)計（proteus）報告南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第3頁。摘要本文介紹了交通燈系統(tǒng)的設(shè)計。軟件部分是基于ATMEGA128單片機的CVAVR軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用單片機的定時器產(chǎn)生秒信號，控制十字路口的紅綠黃燈交替點亮和熄滅，并且用2位共陽數(shù)碼管顯示十字路口兩個方向的剩余時間。本系統(tǒng)可以按照設(shè)定程序在PROTUES仿真軟件中自行運行?？蓪崿F(xiàn)基本交通燈功能，系統(tǒng)實用性強、操作簡單。關(guān)鍵詞：單片機最小系統(tǒng)ATMEGA128紅綠燈控制仿真一、總體設(shè)計原理及思路（一）整體思路本系統(tǒng)的整體框圖由ATMEGA128構(gòu)成主控芯片，主要是實現(xiàn)各個功能模塊之間功能交互。本系統(tǒng)包括紅黃綠LED燈顯示模塊，LED數(shù)碼管顯示模塊。LED數(shù)碼管顯示模塊用來顯示被點亮的指示燈還將點亮多久；LED發(fā)光二極管模塊用于指示該方向的3種狀態(tài)：通行（綠燈亮）、暫緩?fù)ㄐ校S燈亮）和禁止通行（紅燈亮）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：（圖）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第4頁。紅綠燈控制器的總體的設(shè)計如下圖所示：南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第4頁。（圖）紅綠燈控制器總體設(shè)計圖從上圖中可以看出整個設(shè)計圖。由CVAVR單片機最小系統(tǒng)模塊來控制紅綠黃發(fā)光二極管組合模塊與LED數(shù)碼管動態(tài)顯示模塊的聯(lián)合動態(tài)顯示，可通過代碼的編寫任意改變通行時間的長短和紅綠黃三種燈的交替。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第5頁。（二）整體設(shè)計流程圖南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第5頁。二、各模塊設(shè)計思路及原理圖單片機最小系統(tǒng)ATMEGA128是ATMEL公司的8位系列單片機的最高配置的一款單片機，穩(wěn)定性極高，應(yīng)用極其廣泛。它是高性能、低功耗的AVR8位微處理器，具有先進的RISC結(jié)構(gòu)。它工作于16MHz時性能高達16MIPS，具有只需兩個時鐘周期的硬件乘法器。它有128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，4K字節(jié)的EEPROM，4K字節(jié)的內(nèi)部SRAM，多達64K字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間。它有兩個具有獨立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器，兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器，具有獨立預(yù)分頻器的實時時鐘計數(shù)器，兩路8位PWM，6路分辨率可編程（1到16位）的PWM，輸出比較調(diào)制器，8路10位ADC，2個具有可編程增益（1x,10x,或200x）的差分通道。它還具有6種睡眠模式:空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴展的Standby模式。單片機最小系統(tǒng)如下圖所示：南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第6頁。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第6頁。（圖）單片機最小系統(tǒng)圖LED數(shù)碼管顯示電路模塊按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。本系統(tǒng)的數(shù)碼管采用的是兩位共陽數(shù)碼管。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第7頁。數(shù)碼管如下圖所示：南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第7頁。（圖）LED數(shù)碼管顯示模塊圖LED燈顯示模塊LED燈采用的是共陽接法，即所有的LED管陽級通過一個限流電阻上拉到5V電源，所有的陰級接到單片機的相應(yīng)引腳。只要該I/O口置低，該燈就能點亮。 本系統(tǒng)出于節(jié)省資源，左轉(zhuǎn)燈只用了紅、綠兩色，直行燈用了紅、綠、黃三色，而右轉(zhuǎn)燈由于要常綠，因此只用了一個綠燈。下圖只給出了東西南北方向重其中任意的一個。LED燈顯示模塊如下圖所示：（圖）LED燈顯示模塊圖三、軟件設(shè)計（一）各模塊設(shè)計思路及流程圖主程序模塊南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第8頁。主要完成定時器T0的設(shè)置，綠、黃燈的初值設(shè)定以及各子程序的調(diào)用。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第8頁。主程序的流程圖如下圖所示：（圖）主程序的流程圖LED數(shù)碼管顯示模塊LED數(shù)碼管顯示模塊包括南北方向LED顯示、東西方向LED顯示。LED數(shù)碼管顯示模塊的程序流程圖如下圖所示：（圖）LED顯示模塊程序流程圖LED燈顯示模塊LED燈的顯示及執(zhí)行流程主要是對I/O的高低電平的控制。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第9頁。LED顯示模塊的程序流程圖如下圖所示：南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第9頁。（圖）LED顯示模塊程序流程圖定時器0中斷模塊定時器0主要通過計數(shù)產(chǎn)生1秒的定時時間，使LED數(shù)碼管按照每秒減1進行倒計時。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第10頁。定時器0中斷模塊的程序流程圖如下圖所示：南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第10頁。（圖）定時器0中斷模塊程序流程圖關(guān)鍵代碼說明Step1.以下是將計數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成LED能顯示的兩個數(shù)字的程序代碼。將一個兩位十進制數(shù)通過number0=a/10;number1=a%10;轉(zhuǎn)換成兩個數(shù)字并顯示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[number1];delay_ms(5);}Step2.以下是計數(shù)器0的中斷服務(wù)程序。由于初始化的參數(shù)設(shè)置，使程序1ms進入一次中斷函數(shù)，等到進入第1000次時代表1s計時時間到。1s到了就講time_counter清零，并將time_1s_os置1，便于主函數(shù)每1s執(zhí)行一次顯示函數(shù)。interrupt[TIM0_COMP]voidtimer0_comp_isr(void){if(++time_counter==1000){time_counter=0;time_1s_ok=1;}}南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第11頁。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第11頁。Step3.以下是主函數(shù)里的while(1)函數(shù)。首先判斷是否到達了1s（即檢驗time_1s_ok是否為1，若為1，則到達了1s）。然后將time_1s_ok清零，將計數(shù)值num自減1，并將num的值送給LED數(shù)碼管顯示。接著判斷mode為1還是0。如果為0，則是南北方向通行，否則則是東西方向通行。我在函數(shù)中初始化計數(shù)初值num為30。假設(shè)mode為0，那么如果num<=30&&num>21，那么使南北方向的左轉(zhuǎn)方向通行，即使南北方向的左轉(zhuǎn)燈為綠燈；同時南北方向的直行方向為紅燈；而右轉(zhuǎn)燈無論南北還是東西方向一直都是通行的，即為綠燈。如果num<=21&&num>6，那么南北方向的直行方向為綠燈，左轉(zhuǎn)禁止通行了。如果num<=6&num>3，南北方向的綠燈閃爍三秒。如果num<=3&&num>1，則南北方向的直行方向為黃燈。在mode=0的這30s內(nèi)，東西方向的左轉(zhuǎn)和直行方向都是禁止的。mode=1時，則南北和東西方向的情況完全相反，這里就不贅述了。while(1){led_play(num);if(time_1s_ok){time_1s_ok=0;if(!mode){PORTA=0x2d;//使東西方向的左轉(zhuǎn)和直行燈都是紅燈if(num<=30&&num>21)PORTB=0x1d;if(num<=21&&num>6)PORTB=0x2b;if(num<=6&num>3)//南北方向綠燈閃爍{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;}}南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第12頁。if(mode)南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第12頁。{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--;}}系統(tǒng)測試在PROTUES軟件中畫好了仿真圖后，將CVAVR中寫好的代碼放入ATMEGA16芯片中，然后啟動。情況如下：mode=0的30秒內(nèi)：21<num<=30時，南北方向的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)分別為綠燈、紅燈、綠燈；東西方向的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)分別為紅燈、紅燈、綠燈。6<num<=21時，南北方向的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)分別為紅燈、綠燈、綠燈；東西方向的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)分別為紅燈、紅燈、綠燈。3<num<=6時，南北方向的直行方向綠燈有閃爍。1<num<=3時，南北方向的直行方向黃燈亮。mode=1的30秒內(nèi)：東西方向與南北方向與上述現(xiàn)象正好相反。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第13頁。系統(tǒng)仿真出來的結(jié)果和實驗的基礎(chǔ)要求及提高要求大致上符合，較好的完成了預(yù)期期望。南郵AVR單片機軟件交通燈設(shè)計報告全文共16頁，當(dāng)前為第13頁。PS:仿真一開始led燈的顏色較淡，之后將串接的限流電阻阻值改小后就解決了這個問題。五、實驗心得首先，從此次實驗的完成成果——基于LED數(shù)碼管顯示的交通燈控制的角度來總結(jié)，本次單片機課程設(shè)計的紅綠燈控制器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，對優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計將各任務(wù)進行細分包裝，使各任務(wù)保持相對獨立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護性和可移植性都得到進一步的提高。同時由于使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強大而且可以隨時的更新系統(tǒng)，進行不同狀態(tài)的組合?？偠灾敬螌嶒炍遗ν瓿闪苏n程要求的基本部分和發(fā)揮部分，探索的內(nèi)容豐富、學(xué)習(xí)內(nèi)容非常充實。其次，從我個人的收獲角度來說，在我學(xué)習(xí)AVR單片機之前我學(xué)過51單片機，51單片機用起來簡單，價錢也便宜，