交通灯单片机程序设计：IO口控制的奥秘，掌握输入输出精髓

# 1. 单片机IO口基础**

单片机IO口（Input/Output Port）是单片机与外界进行数据交互的桥梁，主要负责数据的输入和输出。IO口具有以下基本特性：

- **双向性：**IO口既可以作为输入口，也可以作为输出口。
- **可编程性：**IO口的输入输出方向和电气特性可以通过软件进行配置。
- **多功能性：**IO口除了基本的输入输出功能外，还可用于中断、定时器等功能。

# 2. 交通灯IO口控制原理

### 2.1 交通灯控制状态分析

交通灯控制系统通常采用有限状态机（FSM）模型，其状态转换图如图所示：

graph LR
subgraph 红灯
    A[红灯] --> B[绿闪]
end
subgraph 绿闪
    B[绿闪] --> C[绿灯]
end
subgraph 绿灯
    C[绿灯] --> D[黄灯]
end
subgraph 黄灯
    D[黄灯] --> A[红灯]
end

**状态转换规则：**

* 红灯状态持续时间为 60 秒，然后切换到绿闪状态。
* 绿闪状态持续时间为 3 秒，然后切换到绿灯状态。
* 绿灯状态持续时间为 45 秒，然后切换到黄灯状态。
* 黄灯状态持续时间为 5 秒，然后切换到红灯状态。

### 2.2 IO口控制电路设计

交通灯IO口控制电路主要由单片机、IO口扩展芯片、驱动电路和LED灯组成。

**单片机：**负责控制IO口状态，实现交通灯状态转换。

**IO口扩展芯片：**由于单片机IO口数量有限，需要使用IO口扩展芯片来增加IO口数量。

**驱动电路：**由于LED灯需要较大的电流才能点亮，需要使用驱动电路来放大单片机IO口输出的电流。

**LED灯：**用于显示交通灯状态。

**电路连接图：**

单片机IO口 -> IO口扩展芯片 -> 驱动电路 -> LED灯

**代码块：**

// 初始化IO口
void IO_Init(void)
{
    // 设置IO口为输出模式
    P1DIR |= 0xFF;
    P2DIR |= 0xFF;
    // 设置IO口初始状态为低电平
    P1OUT &= 0x00;
    P2OUT &= 0x00;
}

// 设置IO口状态
void IO_Set(uint8_t port, uint8_t pin, uint8_t state)
{
    if (state == 1)
    {
        switch (port)
        {
        case 1:
            P1OUT |= (1 << pin);
            break;
        case 2:
            P2OUT |= (1 << pin);
            break;
        }
    }
    else
    {
        switch (port)
        {
        case 1:
            P1OUT &= ~(1 << pin);
            break;
        case 2:
            P2OUT &= ~(1 << pin);
            break;
        }
    }
}

**逻辑分析：**

* `IO_Init()`函数用于初始化IO口，将其配置为输出模式并设置初始状态为低电平。
* `IO_Set()`函数用于设置IO口状态，`port`参数指定IO口所在的端口（1或2），`pin`参数指定IO口在端口中的位置（0-7），`state`参数指定IO口的状态（1为高电平，0为低电平）。

# 3.1 IO口配置和初始化

**IO口配置**

在单片机系统中，IO口需要进行配置，以确定其工作模式和功能。IO口配置寄存器（如PCON、PINSEL等）用于设置IO口的模式、拉电阻、中断使能等参数。

**IO口初始化**

IO口初始化是指在程序启动时对IO口进行一次性的配置，以使其达到预期的工作状态。IO口初始化的步骤如下：

1. **确定IO口功能：**根据系统需求，确定每个IO口的具体功能，如输入、输出、中