带详细注释的单片机交通信号灯简易代码

ID:1165182 · 发表于 2025-12-17 21:24

#include <reg51.h>
#include <intrins.h>

// ------------------- 端口定义 -------------------
// 东西交通灯（低电平亮）
sbit E_GREEN = P0^2;  // 东西绿灯
sbit E_YELLOW = P0^0; // 东西黄灯
sbit E_RED = P0^1; // 东西红灯
// 南北交通灯（低电平亮）
sbit S_GREEN = P0^5;  // 南北绿灯
sbit S_YELLOW = P0^3; // 南北黄灯
sbit S_RED = P0^4; // 南北红灯

// 按键定义（低电平有效，需外接上拉电阻）
sbit KEY_RST = P1^0; // 复位键
sbit KEY_NIGHT = P1^1; // 夜间模式键
sbit KEY_EMER = P1^2;  // 紧急模式键
sbit KEY_SET = P1^3; // 时间设定键
sbit KEY_ADD = P1^4; // 时间加键
sbit KEY_SUB = P1^5; // 时间减键

// 数码管位选（高电平亮）
sbit BIT_E_TEN = P3^0;  // 东西十位
sbit BIT_E_ONE = P3^1;  // 东西个位
sbit BIT_S_TEN = P3^2;  // 南北十位
sbit BIT_S_ONE = P3^3;  // 南北个位

// ------------------- 全局变量 -------------------
// 共阳数码管段码表（0-9，高电平灭、低电平亮）
unsigned char code SEG_TABLE[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};

unsigned char flag_night = 0;  // 夜间模式标志（0-退出，1-进入）
unsigned char set_state = 0; // 设定状态标志（0-退出，1-统一设定）
unsigned char flag_emer = 0; // 紧急状态标志（0-退出，1-进入）
unsigned int time_e = 30;    // 东西通行时长（绿灯+黄灯，30s）
unsigned int time_s = 30;    // 南北通行时长（绿灯+黄灯，30s）
unsigned int disp_common = 30; // 数码管计时（两边显示相同数值）
unsigned char seg_index = 0; // 数码管刷新索引
unsigned char phase = 1;    // 阶段标志：1-东西通行，2-南北通行

// 定时器/按键状态机相关
volatile unsigned int ms_cnt = 0; // 毫秒计数（volatile避免编译优化）
unsigned char key_value = 0;    // 按键状态机输出值（0-无按键）

// 按键状态机枚举（三状态）
typedef enum {
KEY_IDLE,             // 空闲状态
KEY_PRESS_DEBOUNCE,    // 按下消抖
KEY_RELEASE_DEBOUNCE // 释放消抖
} Key_State;
Key_State key_state = KEY_IDLE; // 按键状态机当前状态
unsigned char key_temp = 0;    // 按键临时缓存

// ------------------- 定时器初始化 -------------------
// 定时器0初始化：200μs中断（数码管刷新）
void timer0_init(void) {
TMOD |= 0x01;  // 定时器0模式1（16位）
TH0 = 0xFF; // 200μs初值（11.0592MHz）
TL0 = 0x45;
ET0 = 1;    // 开启定时器0中断
TR0 = 1;    // 启动定时器0
}

// 定时器1初始化：10ms中断（按键状态机+毫秒计数）
void timer1_init(void) {
TMOD |= 0x10;  // 定时器1模式1（16位）
// 10ms初值（11.0592MHz：65536-9210=56326=0xDC06）
TH1 = 0xDC;
TL1 = 0x06;
ET1 = 1;    // 开启定时器1中断
TR1 = 1;    // 启动定时器1
}

// ------------------- 非阻塞延时函数（基于定时器1，单位：ms） -------------------
void delay_ms(unsigned int ms) {
ms_cnt = 0;       // 重置毫秒计数器
while(ms_cnt < ms);  // 等待计数达标
}

// ------------------- 定时器0中断服务函数（数码管刷新） -------------------
void timer0_isr(void) interrupt 1 {
TH0 = 0xFF;  // 重装200μs初值
TL0 = 0x45;

// 取消所有位选（消影）
BIT_E_TEN = 0;
BIT_E_ONE = 0;
BIT_S_TEN = 0;
BIT_S_ONE = 0;

if(flag_night) {
      return; // 夜间模式下不刷新数码管
}

// 按索引刷新对应数码管位
switch(seg_index) {
      case 0: // 东西十位
         P2 = (disp_common < 99) ? SEG_TABLE[disp_common / 10] : 0xFF;
         BIT_E_TEN = 1;
         break;
      case 1: // 东西个位
         P2 = (disp_common < 99) ? SEG_TABLE[disp_common % 10] : 0xFF;
         BIT_E_ONE = 1;
         break;
      case 2: // 南北十位
         P2 = (disp_common < 99) ? SEG_TABLE[disp_common / 10] : 0xFF;
         BIT_S_TEN = 1;
         break;
      case 3: // 南北个位
         P2 = (disp_common < 99) ? SEG_TABLE[disp_common % 10] : 0xFF;
         BIT_S_ONE = 1;
         break;
}
seg_index = (seg_index + 1) % 4; // 索引循环
}

// ------------------- 定时器1中断服务函数（10ms中断：按键状态机+毫秒计数） -------------------
void timer1_isr(void) interrupt 3 {
unsigned char cur_key = 0;
TH1 = 0xDC;  // 重装10ms初值
TL1 = 0x06;

// 1. 毫秒计数（供delay_ms函数）
ms_cnt += 10; // 10ms中断，计数器+10

// 2. 按键状态机处理
// 读取当前按键状态（低电平有效）
if(KEY_RST == 0)    cur_key = 1;
else if(KEY_NIGHT == 0) cur_key = 2;
else if(KEY_EMER == 0)  cur_key = 3;
else if(KEY_SET == 0) cur_key = 4;
else if(KEY_ADD == 0) cur_key = 5;
else if(KEY_SUB == 0) cur_key = 6;
else                   cur_key = 0;

// 状态机逻辑
switch(key_state) {
      case KEY_IDLE: // 空闲状态：检测到按键按下，进入消抖
         if(cur_key != 0) {
            key_temp = cur_key;
            key_state = KEY_PRESS_DEBOUNCE;
         }
         break;
      case KEY_PRESS_DEBOUNCE: // 按下消抖：连续两次检测到同一按键，确认按下
         if(cur_key == key_temp) {
            key_value = key_temp; // 输出按键值
            key_state = KEY_RELEASE_DEBOUNCE;
         } else {
            key_state = KEY_IDLE; // 消抖失败，回到空闲
         }
         break;
      case KEY_RELEASE_DEBOUNCE: // 释放消抖：按键释放后回到空闲
         if(cur_key == 0) {
            key_state = KEY_IDLE;
            key_temp = 0;
         }
         break;
}
}

// ------------------- 按键读取函数（仅读取状态机结果，无阻塞） -------------------
unsigned char key_scan(void) {
unsigned char ret = 0;
if(key_value != 0) {
      ret = key_value; // 读取按键值
      key_value = 0;    // 清空缓存，避免重复触发
}
return ret;
}

// ------------------- 夜间模式处理（500ms精准闪烁） -------------------
void night_mode(void) {
// 基础灯全灭
E_GREEN = 0; E_RED = 0;
S_GREEN = 0; S_RED = 0;

// 黄灯亮500ms
E_YELLOW = 1;
S_YELLOW = 1;
delay_ms(500);

// 黄灯灭500ms
E_YELLOW = 0;
S_YELLOW = 0;
delay_ms(500);
}

// ------------------- 紧急模式处理 -------------------
void emer_mode(void) {
// 全亮红灯，其他灯灭
E_RED = 1; S_RED = 1;
E_GREEN = 0; E_YELLOW = 0;
S_GREEN = 0; S_YELLOW = 0;

}

// ------------------- 正常交通逻辑（核心：两边计时一致+红绿灯切换） -------------------
void normal_mode(void) {
// 1. 阶段1：东西通行（绿灯/黄灯），南北红灯
if(phase == 1) {
      // 东西绿灯（disp_common > 3：绿灯亮，黄灯灭）
      if(disp_common > 3) {
         E_GREEN = 1; E_YELLOW = 0; E_RED = 0;
         S_GREEN = 0; S_YELLOW = 0; S_RED = 1;
      }
      // 东西黄灯（disp_common <=3：黄灯闪烁，绿灯灭）
      else if(disp_common > 0) {
         E_GREEN = 0; E_YELLOW = !E_YELLOW; E_RED = 0;
         S_GREEN = 0; S_YELLOW = 0; S_RED = 1;
      }
      // 东西通行结束，切换到南北通行阶段
      else {
         phase = 2;             // 切换阶段
         disp_common = time_s; // 重置计时为南北时长
         E_YELLOW = 0;          // 黄灯灭
         return;
      }
}
// 2. 阶段2：南北通行（绿灯/黄灯），东西红灯
else if(phase == 2) {
      // 南北绿灯（disp_common > 3：绿灯亮，黄灯灭）
      if(disp_common > 3) {
         E_GREEN = 0; E_YELLOW = 0; E_RED = 1;
         S_GREEN = 1; S_YELLOW = 0; S_RED = 0;
      }
      // 南北黄灯（disp_common <=3：黄灯闪烁，绿灯灭）
      else if(disp_common > 0) {
         E_GREEN = 0; E_YELLOW = 0; E_RED = 1;
         S_GREEN = 0; S_YELLOW = !S_YELLOW; S_RED = 0;
      }
      // 南北通行结束，切换到东西通行阶段
      else {
         phase = 1;             // 切换阶段
         disp_common = time_e; // 重置计时为东西时长
         S_YELLOW = 0;          // 黄灯灭
         return;
      }
}

// 3. 倒计时每秒递减（两边显示相同数值，同步递减）
delay_ms(1000);
disp_common--;
}

// ------------------- 设定时间模式处理 -------------------
void set_mode(unsigned char key) {
// 切换设定状态：0（退出）→1（统一设定）→0（退出）
if(key == 4) {
      set_state = !set_state; // 仅0/1切换，按一次进入设定，再按退出
      if(set_state == 1) {
         disp_common = time_e; // 进入设定，显示当前统一时长
      } else {
         phase = 1;          // 退出设定，回到东西通行
         disp_common = time_e; // 重置计时为设定后的时长
      }
}

// 时间加/减（边界保护：最小4s=绿灯1s+黄灯3s）- 同步修改time_e和time_s
if(set_state == 1) {
      // 加键：同步增加东西、南北时长，保证两边一致
      if(key == 5 && time_e < 99) {
         time_e++;
         time_s = time_e;    // 南北同步等于东西，只需设置一次
         disp_common = time_e;
      }
      // 减键：同步减少东西、南北时长，保证两边一致
      if(key == 6 && time_e > 4) {
         time_e--;
         time_s = time_e;    // 南北同步等于东西，只需设置一次
         disp_common = time_e;
      }
}
}

// ------------------- 主函数 -------------------
void main(void) {
unsigned char key_val;

// 初始化：全灯灭+双定时器启动+总中断开启
P0 = 0x00;
timer0_init();  // 数码管刷新定时器
timer1_init();  // 按键状态机+毫秒计数定时器
EA = 1;       // 开启总中断

while(1) {
      key_val = key_scan(); // 仅读取状态机结果，无阻塞

      // 模式优先级：复位 > 紧急 > 夜间 > 设定 > 正常
      if(key_val == 1) { // 复位
         flag_night = 0;
         flag_emer = 0;
         set_state = 0;
         time_e = 30;
         time_s = 30;
         disp_common = 30;
         P0 = 0x00;
      }
      else if(key_val == 3) { // 紧急模式切换
         flag_emer = !flag_emer;
         flag_night = 0;
         set_state = 0;
      }
      else if(flag_emer) { // 执行紧急模式
         emer_mode();
      }
      else if(key_val == 2) { // 夜间模式切换
         flag_night = !flag_night;
         set_state = 0;
      }
      else if(flag_night) { // 执行夜间模式
         night_mode();
      }
      else if(key_val == 4 || set_state != 0) { // 设定模式
         set_mode(key_val);
      }
      else { // 正常模式
         normal_mode();
      }
}
}

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