单片机交通灯程序案例分析：真实场景下的设计与实现

# 1. 单片机交通灯程序概述**

单片机交通灯程序是一种嵌入式系统，用于控制交通灯的运行。它由单片机、传感器和执行器组成，通过检测交通状况并执行预先定义的控制算法，实现对交通流的管理。

单片机交通灯程序的优点在于其成本低、可靠性高、可扩展性强。它广泛应用于城市交通管理、工业自动化和智能家居等领域。

本篇文章将深入分析单片机交通灯程序的设计与实现，从控制逻辑设计、硬件实现到调试优化，全面介绍其原理和技术细节。

# 2. 交通灯控制逻辑设计**

**2.1 交通灯状态分析**

交通灯的控制逻辑设计基于对交通灯状态的分析。交通灯通常有三种状态：红灯、绿灯和黄灯。红灯表示车辆禁止通行，绿灯表示车辆可以通行，黄灯表示车辆即将禁止通行或可以通行。

**2.2 控制算法设计**

**2.2.1 状态机建模**

为了设计交通灯的控制算法，可以使用状态机模型。状态机是一个数学模型，它描述了系统在不同状态之间的转换。交通灯的状态机模型如下：

stateDiagram-v2
    state Red {
        state Green {
            state Yellow {
                state Red
            }
        }
    }

**2.2.2 算法实现**

基于状态机模型，可以实现交通灯的控制算法。算法的伪代码如下：

while True:
    if current_state == "Red":
        delay(5 seconds)
        current_state = "Green"
    elif current_state == "Green":
        delay(10 seconds)
        current_state = "Yellow"
    elif current_state == "Yellow":
        delay(2 seconds)
        current_state = "Red"

**代码逻辑分析：**

该算法使用一个循环来持续运行交通灯。在每个循环中，算法检查当前状态并根据状态执行相应的操作。如果当前状态为“红灯”，则算法延迟 5 秒，然后将当前状态更改为“绿灯”。如果当前状态为“绿灯”，则算法延迟 10 秒，然后将当前状态更改为“黄灯”。如果当前状态为“黄灯”，则算法延迟 2 秒，然后将当前状态更改为“红灯”。

**参数说明：**

* `current_state`：当前交通灯状态
* `delay(seconds)`：延迟指定秒数的函数

# 3. 单片机硬件实现**

### 3.1 硬件电路设计

#### 3.1.1 电路原理图

交通灯控制系统的硬件电路主要包括单片机、LED灯、电阻、电容等元器件。其电路原理图如图 1 所示：

[图片]

#### 3.1.2 元器件选型

* **单片机：**选用 STM32F103C8T6，具有丰富的 I/O 口和定时器资源。
* **LED 灯：**选用高亮度红、黄、绿 LED 灯，分别对应红灯、黄灯和绿灯。
* **电阻：**用于限制 LED 灯的电流，选用 330Ω 的电阻。
* **电容：**用于滤除电路中的噪声，选用 100nF 的电容。

### 3.2 单片机编程

#### 3.2.1 程序流程设计

单片机程序流程设计如下：

1. 初始化单片机和外围电路。
2. 进入主循环，循环执行以下步骤：
* 读取按钮状态。
* 根据按钮状态和当前交通灯状态，更新交通灯状态。
* 输出交通灯状态到 LED 灯。

#### 3.2.2 代码实现

#include "stm32f10x.h"

int