Arduino交通灯实验教程

摘要：

本项目以AT89C52为基础，使用74LS245控制7SEG-MPX2-CC晶体数码管显示指定的内容，同时操控LED灯显示该时间对应的颜色，达到交通灯的效果

一.主体思路

将东西南北分为主干道和次干道，南北为主干道，东西为次干道，两个IO口控制主干道的数码管位选，另外两个IO口控制次干道的数码管位选，由74LS245控制主干道和次干道四个数码管的段选，显示相应的数字

将整个过程分为四个状态：
状态一：东西红灯亮，南北绿灯亮

状态二：东西红灯亮，南北黄灯亮

状态三：南北红灯亮，东西绿灯亮

状态四：南北红灯亮，东西黄灯亮

状态一、二为一周期，状态三、四为一周期

设红灯时间为RT，黄灯时间为YT，绿灯时间为GT，则RT=GT+YT

二.主要内容

1.主要功能

（一）日间模式：模拟交通灯闪烁

（二）夜间模式：黄灯间断闪烁

（三）南北紧急制动：南北亮红灯，东西亮绿灯

（四）东西紧急制动：东西亮红灯，南北亮绿灯

2.硬件电路设计

2.1 元件选取

如上图所示，选取AT89C52开发板，74LS245模块，7SEG-MPX2-CC晶体数码管，三色LED灯（RED、YELLOW、GREEN）、按钮BUTTON以及电阻RES和排阻RESPACK-8以及复位所需元器件

2.2 单片机IO口选取

 如上图所示，使用了P1的0~3IO口，使用了P0，P2全部IO口，使用了P3的0~1IO口和复位所需IO口

2.3 硬件部分作用

（一）74LS245模块

74LS245是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据

该模块的作用是控制晶体数码管的段选和位选

CE是使能端，若为高电平，A/B端的信号将不导通，只有为低电平时A/B端被启用，起到开关的作用，即低电平有效

AB/BA是控制输入输出的方向，高电平时由A端输入，B端输出，低电平时由B端输入，A端输出，此处选用高电平

第2~9引脚，即A0~A7是信号输入输出端，A0=B0是一组，以此类推

第11-18引脚，即B7-B0上同
（二）7SEG-MPX2-CC晶体数码管模块

该模块的作用是显示交通灯剩余的时间，A~G分别代表8个段，不同的段组合能显示出不同的数组或字母，DP代表小数点，1,2代表第一位和第二位

（三）LED交通灯模块

该模块的作用是显示此时的交通情况，分为红、黄、绿三色，不同状态和模式将亮起不同的灯

（四）按键模块

该模块的作用是切换模式，改变交通灯的状态

（五）复位模块

该模块的作用是使系统复位，从而切换其他模式

3.软件设计

先进行模块化编程

如上图所示，将整体程序分为主函数main，延时函数delay，按键模块key，显示模块dis，定时器模块timer

（一）timer模块

定义timer_init函数，对定时器进行初始化。

初始化步骤如下：

1.首先设置TMOD寄存器，定时器T0工作在方式1，使TMOD寄存器的M1，M0=01，设置C/T=0，为定时器工作模式，对T0的运行仅由TR0来控制，应使相应的GATE位为0，定时器T1不使用，各相关位均设为0，所以TMOD寄存器应初始化为0x01。

2.计算定时器T0的计数初值，设定时时间为50ms，通过公式计算可得出相应的高八位和低八位，分别装入TH0和TL0。

3.设置IE寄存器，将寄存器中的EA，ET0位置1

4.启动和停止定时器T0，将定时器控制寄存器TCON中的TR0=1，则启动定时器T0；TR0=0，则启动定时器T0计时

（二）dis模块

首先使用sbit定义相关引脚，如上图所示

P2的0~2引脚代表主干道（南北）的LED交通灯，P2的5~7引脚代表次干道（东西）的LED交通灯，P1的2~3引脚代表主干道（南北）数码管的位选，P1的0~1引脚代表次干道（东西）数码管的位选。

定义数组tab代表0~9数字，同时定时时间AF和BF，并初始化为自定义数值。

定义计数变量count，用于定时器中断程序。

定义display1函数，为次干道数码管显示函数，如上图所示。

传入的形参num1，num2分别为倒计时的十位和个位，使P0显示下标为num的值。

定义display2函数，为主干道数码管显示函数，上同。

定义display3函数，为夜间模式，操控主次干道的四个黄灯进行间断闪烁。

定义display4函数，为南北紧急制动。

定义display5函数，为东西紧急制动。

定义display函数，模拟交通灯的四个状态。

第一种情况，为主干道红灯，次干道绿灯+黄灯的两个状态。

AF在定时器的作用下不断递减，当绿灯时间减为0，即进入黄灯时刻时，关闭次干道绿灯，打开次干道黄灯，循环结束后重新赋值进入下一状态。

第二种情况，为次干道红灯，主干道绿灯+黄灯的两个状态。

BF在定时器的作用下不断递减，当绿灯时间减为0，即进入黄灯时刻时，关闭主干道绿灯，打开主干道黄灯，循环结束后重新赋值进入下一状态(即回到第一种情况)。

定义定时器中断函数，如上图所示，每当进入中断程序，先重新为TH0和TL0赋初值，进入一次是50ms，所以20次是1s(此处取count界限为23)，即每隔1s时间减1，完成倒计时的效果

（三）key模块

通过控制按钮改变点阵中所显示的内容

首先使用sbit定义相关引脚，如上图所示

不断扫描是否有按键按下，若有按键按下，则该引脚变为低电平，对其进行消除抖动，并判断是否松开，若松开，进行二次消除抖动，并传回相关按键的值

（四）delay模块

编写能够延时1ms的函数

（五）main模块

首先调用定时模块初始化函数，将定时器初始化，在循环中不断扫描key的按键值，不同的按键值代表不同的模式，每个模式会模拟不同的交通灯状态

4.源程序代码

（一）main模块

#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#include "dis.h"
#include "timer.h"
#include "key.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar KeyNum;
void main(){
	timer_init();
	while(1){
		KeyNum=Key();
		if(KeyNum==1){
			while(1){
				display();             //日间模式
			}
		}
		else if(KeyNum==2){
			while(1){
				display3();            //夜间模式
			}
		}
		else if(KeyNum==3){
			while(1){
				display4();            //南北紧急制动
			}
		}
		else if(KeyNum==4){
			while(1){
				display5();            //东西紧急制动
			}
		}
	}
}

（二）delay模块

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
void delay(uint x){
	uchar i,j;
	while(x--){
		i=2;
		j=239;
		do{
			while(--j);
		}while(--i);
	}
}

（三）key模块

#include<reg52.h>
#include"delay.h"
sbit key1=P2^3;
sbit key2=P2^4;
sbit key3=P3^0;
sbit key4=P3^1;
unsigned char Key(){
	unsigned char number=0;
	if(key1==0){delay(20);while(key1==0);delay(20);number=1;}
	if(key2==0){delay(20);while(key2==0);delay(20);number=2;}
	if(key3==0){delay(20);while(key3==0);delay(20);number=3;}
	if(key4==0){delay(20);while(key4==0);delay(20);number=4;}
	return number;
}

（四）dis模块

#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ON 0
#define OFF 1
sbit AR=P2^0;
sbit AY=P2^1;
sbit AG=P2^2;
sbit BR=P2^5;
sbit BY=P2^6;
sbit BG=P2^7;
sbit A1=P1^2;
sbit A2=P1^3;
sbit B1=P1^0;
sbit B2=P1^1;
char tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchar BF=7,AF=10;
uchar count;
//东西方向
void display1(uchar num1,uchar num2){
	P0=tab[num1];
	B1=ON;
	delay(1);
	B1=OFF;
	P0=tab[num2];
	B2=ON;
	delay(1);
	B2=OFF;
}
//南北方向
void display2(uchar num1,uchar num2){
	P0=tab[num1];
	A1=ON;
	delay(1);
	A1=OFF;
	P0=tab[num2];
	A2=ON;
	delay(1);
	A2=OFF;
}
void display3(){
	AY=ON;
	BY=ON;
	delay(200);
	AY=OFF;
	BY=OFF;
	delay(200);
}
void display4(){
	AR=ON;
	AY=OFF;
	AG=OFF;
	BR=OFF;
	BY=OFF;
	BG=ON;
}
void display5(){
	AR=OFF;
	AY=OFF;
	AG=ON;
	BR=ON;
	BY=OFF;
	BG=OFF;
}
void display(){				
	//南北红灯，东西绿灯+黄灯
	AR=BG=ON;
	while(AF){
		display2(AF/10,AF%10);
		display1(BF/10,BF%10);
		while(AF==3)//黄灯时刻
		{
			while(AF!=0){
			display1(AF/10,AF%10);
			display2(AF/10,AF%10);
			BG=OFF;
			BY=~BY;
			}
		}
	}
	AR=OFF;
	BG=OFF;
	BY=OFF;
	BF=10,AF=7;
	
	//东西红灯，南北绿灯+黄灯
	AG=BR=ON;
	while(BF){
		display1(BF/10,BF%10);
		display2(AF/10,AF%10);
		while(BF==3)//黄灯时刻
		{
			while(BF!=0){
			display1(BF/10,BF%10);
			display2(BF/10,BF%10);
			AG=OFF;
			AY=~AY;
			}
		}
	}
	BR=OFF;
	AG=OFF;
	AY=OFF;
	AF=10,BF=7;			
}
void timer0() interrupt 1{
	TH0=(65536-40000)/256; 
	TL0=(65536-40000)%256; 
	count++; 
	if(count>23){ 
		BF--; 
		AF--; 
		count=0; 
		} 
	}

（五）timer模块

#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ON 0
#define OFF 1
sbit AR=P2^0;
sbit AY=P2^1;
sbit AG=P2^2;
sbit BR=P2^5;
sbit BY=P2^6;
sbit BG=P2^7;
sbit A1=P1^2;
sbit A2=P1^3;
sbit B1=P1^0;
sbit B2=P1^1;
void timer_init(){
	TMOD=0x01;
	TH0=(65536-40000)/256; 
	TL0=(65536-40000)%256; 
	EA=1; 
	ET0=1; 
	TR0=1;
	AR=OFF;
	AY=OFF;
	AG=OFF;
	BR=OFF;
	BY=OFF;
	BG=OFF;
}

至此，我们已经基本完成了整个项目，.h文件自然不必多说，相信各位读者的能力，最后感谢读者能够学习到这里，你是否对单片机有了更深的了解？

不足之处请多担待，欢迎各位一起讨论和交流！