• 【嵌入式系统设计与实现】4 十字路口交通灯控制（简易版）

        机考在前不想弄啊啊啊老师给个确定的截止时间吧！！！！

    大作业超级极限，老师要pre，最后极限3小时赶出来笑死，只局限他所教的。

    目录

    环境

    （软硬件）方案设计与论证

    软件方案设计

    阶段1：通行（5s）

    阶段2：绿灯闪烁（5次，每次150ms）

    阶段3：变黄灯(1s)

    硬件仿真方案设计

    项目（软硬件）详细实现过程分析说明

    利用STM32CubeMX生成工程

    芯片选型

    配置引脚

    时钟配置

    生成工程文件并打开（图表 5）

    软件详细实现过程

    阶段1：通行（5s）

    阶段2：绿灯闪烁（5次，每次150ms）

    阶段3：变黄灯(1s)

    主函数完整代码展示

    硬件详细实现过程

    测试方案设计及结果分析说明

    阶段1：通行（5s）

    阶段2：绿灯闪烁（5次，每次150ms）

    阶段3：变黄灯(1s)

    纵向通行无误

    环境

    STM32CubeMX、STM32CubeIDE、PROTEUS

    （软硬件）方案设计与论证

    软件方案设计

    本次报告需要实现十字路口交通灯控制，那么可以把把十字路口划分为横纵两个条路，各自的亮灯情况是一样的，这里我用字母T、M分别表示横纵2条路。

    因为共2条路，每条路有3盏灯，那么我们可以把十字路口交通灯分为2大部分：横向通行和纵向通行。

    每部分又可分为以下3个阶段：(为了仿真验证，时间相应压小)

    阶段1：通行（5s）

        该阶段一路红，一路绿。

    阶段2：绿灯闪烁（5次，每次150ms）

        该阶段一路红灯不变，一路绿灯开始闪烁。

    阶段3：变黄灯(1s)

    该阶段一路红灯不变，一路变黄灯。

    硬件仿真方案设计

        2路3灯，共需要6个输出引脚。本次为了仿真我采用STM32F103R6芯片，设置PB0-PB5分别为横向和纵向的绿黄红灯输出。采用高输出功率，推挽输出，上拉电平，最大输出速度为低。命名方面横向路为T_Green, T_Yellow, T_Red；纵向路为M_Green, M_Yellow, M_Red。

    项目（软硬件）详细实现过程分析说明

    利用STM32CubeMX生成工程

    芯片选型

    我采用STM32F103R6芯片，选型进行选择。（图表 1）

    图表 1 芯片选型

    配置引脚

    2路3灯，共需要6个输出引脚。本次为了仿真我采用STM32F103R6芯片，设置PB0-PB5分别为横向和纵向的绿黄红灯输出。采用高输出功率，推挽输出，上拉电平，最大输出速度为低。（图表 3）

    本次我采用引脚配置对应如下：（T为横向路，M为纵向路）（图表 2）

    引脚

    PB0

    PB1

    PB2

    PB3

    PB4

    PB5

    灯

    T_Green

    T_Yellow

    T_Red

    M_Green

    M_Yellow

    M_Red

    图表 2 引脚配置

    图表 3 STM32CubeMX引脚配置

    时钟配置

    我采用内部时钟，APB1 Prescaler改为/1，HCLK=8MHz。（图表 4）

    图表 4 时钟配置

    生成工程文件并打开（图表 5）

    图表 5 生成工程文件

    软件详细实现过程

        可以不断循环3个阶段，在while循环里先横向路通行（3阶段），再纵向路通行（3阶段）。以下以横向路3阶段为例演示过程。

    阶段1：通行（5s）

    该阶段一路红，一路绿。那么我们需要对6个等进行设置。注意因为因为我们GPIO设置为上拉电平，则RESET为亮灯。可用电平设置函数设置，再延时函数。4.2.1    阶段1通行（5s）代码如下：

    1. 	  //【横向通行阶段1：通行（5s）】
    2. 	  //T横向绿亮，红黄灭，上拉需要反
    3. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Green_GPIO_Port, T_Green_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    4. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Yellow_GPIO_Port, T_Yellow_Pin, GPIO_PIN_SET);
    5. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Red_GPIO_Port, T_Red_Pin, GPIO_PIN_SET);
    6.  
    7. 	  //M纵向红亮，红黄灭
    8. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Green_GPIO_Port, M_Green_Pin, GPIO_PIN_SET);
    9. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Yellow_GPIO_Port, M_Yellow_Pin, GPIO_PIN_SET);
    10. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Red_GPIO_Port, M_Red_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    11.  
    12. 	  HAL_Delay(5000);	//通行5秒,(仿真暂且设为5s)

    阶段2：绿灯闪烁（5次，每次150ms）

    该阶段一路红灯不变，一路绿灯开始闪烁。可以用times变量存放闪烁次数（5），用循环计数，在循环里电平翻转即可实现。阶段2绿灯闪烁代码如下：

    1. 	  //【横向通行阶段2：绿灯闪烁（5次共1s）】
    2. 	  //横向绿灯闪烁5次
    3. 	  for(times=0;times<5;times++){
    4. 		  HAL_GPIO_TogglePin(T_Green_GPIO_Port,T_Green_Pin);	//翻转绿灯
    5. 		  HAL_Delay(150);	//每150ms闪烁1次
    6. 	  }

    阶段3：变黄灯(1s)

    该阶段一路红灯不变，一路变黄灯。与绿灯显示，另外一路不变不操作。阶段3变黄灯代码如下：

    1. 	  //【横向通行阶段3：变黄灯(1s)】
    2. 	  //T横向黄亮，红绿灭，上拉需要反
    3. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Green_GPIO_Port, T_Green_Pin, GPIO_PIN_SET);
    4. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Yellow_GPIO_Port, T_Yellow_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    5.  
    6. 	  HAL_Delay(1000);	//黄灯1秒

    主函数完整代码展示

    1. int main(void)
    2. {
    3.   /* USER CODE BEGIN 1 */
    4.  
    5.   /* USER CODE END 1 */
    6.  
    7.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
    8.  
    9.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
    10.   HAL_Init();
    11.  
    12.   /* USER CODE BEGIN Init */
    13.  
    14.   /* USER CODE END Init */
    15.  
    16.   /* Configure the system clock */
    17.   SystemClock_Config();
    18.  
    19.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
    20.  
    21.   /* USER CODE END SysInit */
    22.  
    23.   /* Initialize all configured peripherals */
    24.   MX_GPIO_Init();
    25.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    26.   int times;	//绿灯闪烁计数
    27.   /* USER CODE END 2 */
    28.  
    29.   /* Infinite loop */
    30.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
    31.   while (1)
    32.   {
    33.     /* USER CODE END WHILE */
    34.  
    35.     /* USER CODE BEGIN 3 */
    36. 	  //先横向通行，再纵向通行
    37.  
    38. 	  //【横向通行】
    39. 	  //【横向通行阶段1：通行（5s）】
    40. 	  //T横向绿亮，红黄灭，上拉需要反
    41. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Green_GPIO_Port, T_Green_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    42. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Yellow_GPIO_Port, T_Yellow_Pin, GPIO_PIN_SET);
    43. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Red_GPIO_Port, T_Red_Pin, GPIO_PIN_SET);
    44.  
    45. 	  //M纵向红亮，红黄灭
    46. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Green_GPIO_Port, M_Green_Pin, GPIO_PIN_SET);
    47. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Yellow_GPIO_Port, M_Yellow_Pin, GPIO_PIN_SET);
    48. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Red_GPIO_Port, M_Red_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    49.  
    50. 	  HAL_Delay(5000);	//通行5秒,(仿真暂且设为5s)
    51.  
    52.  
    53. 	  //【横向通行阶段2：绿灯闪烁（5次共1s）】
    54. 	  //横向绿灯闪烁5次
    55. 	  for(times=0;times<5;times++){
    56. 		  HAL_GPIO_TogglePin(T_Green_GPIO_Port,T_Green_Pin);	//翻转绿灯
    57. 		  HAL_Delay(150);	//每150ms闪烁1次
    58. 	  }
    59.  
    60. 	  //【横向通行阶段3：变黄灯(1s)】
    61. 	  //T横向黄亮，红绿灭，上拉需要反
    62. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Green_GPIO_Port, T_Green_Pin, GPIO_PIN_SET);
    63. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Yellow_GPIO_Port, T_Yellow_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    64.  
    65. 	  HAL_Delay(1000);	//黄灯1秒
    66.  
    67.  
    68.  
    69.  
    70. 	  //【纵向通行】
    71. 	  //【纵向通行阶段1：通行（5s）】
    72. 	  //M纵向绿亮，红黄灭，上拉需要反
    73. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Green_GPIO_Port, M_Green_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    74. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Yellow_GPIO_Port, M_Yellow_Pin, GPIO_PIN_SET);
    75. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Red_GPIO_Port, M_Red_Pin, GPIO_PIN_SET);
    76.  
    77. 	  //T横向红亮，红黄灭
    78. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Green_GPIO_Port, T_Green_Pin, GPIO_PIN_SET);
    79. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Yellow_GPIO_Port, T_Yellow_Pin, GPIO_PIN_SET);
    80. 	  HAL_GPIO_WritePin(T_Red_GPIO_Port, T_Red_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    81.  
    82. 	  HAL_Delay(5000);	//通行5秒,(仿真暂且设为5s)
    83.  
    84.  
    85. 	  //【纵向通行阶段2：绿灯闪烁（5次共1s）】
    86. 	  //纵向绿灯闪烁5次
    87. 	  for(times=0;times<5;times++){
    88. 		  HAL_GPIO_TogglePin(M_Green_GPIO_Port,M_Green_Pin);	//翻转绿灯
    89. 		  HAL_Delay(150);	//每200ms闪烁1次
    90. 	  }
    91.  
    92. 	  //【纵向通行阶段3：变黄灯(1s)】
    93. 	  //纵向黄亮，红绿灭，上拉需要反
    94. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Green_GPIO_Port, M_Green_Pin, GPIO_PIN_SET);
    95. 	  HAL_GPIO_WritePin(M_Yellow_GPIO_Port, M_Yellow_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    96.  
    97. 	  HAL_Delay(1000);	//黄灯1秒
    98.  
    99.   }
    100.   /* USER CODE END 3 */
    101. }

    硬件详细实现过程

    打开proteus,新建工程（图表 6）。

     

    图表 6 新建工程

        并加入器件。我们需要模拟十字路口，在各自路口放置红黄绿3灯，共需要12个灯。为了避免烧坏板子都需要加上10k电阻。注意横纵路的同色灯可以连在一起。将灯与对应引脚连接。画图如下：（图表 7）

    图表 7 电路图

    测试方案设计及结果分析说明

    双击芯片加入代码文件，点击运行。

    阶段1：通行（5s）

    该阶段一路红，一路绿。（图表 8）

     

    图表 8 横向通行亮绿灯

    阶段2：绿灯闪烁（5次，每次150ms）

    该阶段一路红灯不变，一路绿灯开始闪烁。（图表 9）

     

    图表 9 绿灯闪烁

    阶段3：变黄灯(1s)

    该阶段一路红灯不变，一路变黄灯。（图表 10）

     

    图表 10 黄灯亮

    纵向通行无误

    图表 11 纵向绿灯

     

    图表 12 纵向黄灯

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