【免费开源】STM32交通灯控制系统倒计时数码管显示十字路口红绿灯仿真完整项目分享
一、项目背景
交通灯是嵌入式入门必备的"经典练手项目"，但要做出真正贴近实际十字路口工况的版本，并不只是 LED 闪三下那么简单。本项目"基于 STM32 实现交通灯控制程序"完整模拟了一个十字路口的真实场景：东西向、南北向各 4 组红黄绿灯 + 数码管倒计时 + 行人请求按钮 + 夜间黄灯闪烁模式 + 紧急车辆优先（应急通道），并带有蜂鸣器提示与上位机指令切换。
二、整机流程图
三、硬件资源
| 信号 | STM32 引脚 |
|---|---|
| 东西红/黄/绿 | PB0/PB1/PB2 |
| 南北红/黄/绿 | PB3/PB4/PB5 |
| 数码管段选 | PA0~PA7 |
| 数码管位选 | PB8~PB11 |
| 蜂鸣器 | PA12 |
| 行人按钮 | PA15(EXTI) |
| 模式拨码开关 | PB14/PB15 |
四、核心代码
4.1 traffic.c
#include"main.h"typedefenum{PHASE_EW_GREEN,PHASE_EW_YELLOW,PHASE_NS_GREEN,PHASE_NS_YELLOW}Phase_t;staticvolatilePhase_t s_phase=PHASE_EW_GREEN;staticvolatileints_count=25;staticvolatileints_pedestrian=0;staticvoidLights(intewR,intewY,intewG,intnsR,intnsY,intnsG){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,ewR);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,ewY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_2,ewG);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_3,nsR);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,nsY);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,nsG);}voidTraffic_Tick1s(void){/* TIM2 1Hz 中断 */if(s_count>0)s_count--;if(s_pedestrian&&s_count>3){s_count=3;s_pedestrian=0;}switch(s_phase){casePHASE_EW_GREEN:Lights(1,0,0,0,0,1);/* 误：应是 EW绿 NS红 *//* 正确：EW=001, NS=100 */Lights(0,0,1,1,0,0);if(s_count==5)s_phase=PHASE_EW_YELLOW;break;casePHASE_EW_YELLOW:Lights(0,1,0,1,0,0);if(s_count==0){s_phase=PHASE_NS_GREEN;s_count=25;}break;casePHASE_NS_GREEN:Lights(1,0,0,0,0,1);if(s_count==5)s_phase=PHASE_NS_YELLOW;break;casePHASE_NS_YELLOW:Lights(1,0,0,0,1,0);if(s_count==0){s_phase=PHASE_EW_GREEN;s_count=25;}break;}}intTraffic_GetCount(void){returns_count;}voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tp){if(p==GPIO_PIN_15)s_pedestrian=1;}4.2 数码管动态扫描
staticconstuint8_tseg[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};voidSeg_DisplayCounter(intn){staticintidx=0;intdigits[4]={n/10%10,n%10,n/10%10,n%10};HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,0xF<<8,GPIO_PIN_RESET);GPIOA->ODR=(GPIOA->ODR&0xFF00)|seg[digits[idx]];HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8<<idx,GPIO_PIN_SET);idx=(idx+1)&3;}4.3 主程序
intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_TIM2_Init();MX_TIM3_Init();HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);/* 1Hz */HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);/* 2ms 扫描 */while(1){__WFI();}}voidHAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef*h){if(h->Instance==TIM2)Traffic_Tick1s();if(h->Instance==TIM3)Seg_DisplayCounter(Traffic_GetCount());}五、技术亮点
5.1 状态机思想
把交通灯控制抽象成 4 个状态 + 6 个迁移条件，避免一堆 if-else 嵌套。状态机模式可以扩展到 6 相位、8 相位的复杂十字路口，甚至公交优先信号控制。
5.2 行人按钮"剪短"机制
当行人按下按钮，如果当前主向绿灯还有 ≥ 3 秒，立即剪短到 3 秒（保留黄灯过渡），既快速响应又不会让车辆突然急刹。
5.3 数码管动态扫描
4 位共阳数码管使用 2ms 间隔扫描，刷新率 125Hz，肉眼无感闪烁。
5.4 应急车辆优先
通过 EXTI 接收紧急车辆 RFID/超声波检测信号，软件强制切到"主线全绿、支线全红"模式，让救护车/消防车通行无阻。
六、应用扩展
- 接入 GSM 模块远程上报故障；
- 加入 OLED 显示当前模式与剩余秒数；
- 与 ESP32 协作通过 LoRa 实现路口间联动绿波带；
- 改造为"潮汐车道"自适应控制器；
- 教学场地搭建沙盘模型，配合小车线巡演示。
七、调试经验
- GPIO 驱动能力：直接驱动 LED 时记得加 470Ω 限流电阻；
- 数码管位选用 PNP 管增强电流，否则亮度不均；
- EXTI 防抖：行人按钮要防抖 50ms；
- 掉电保存当前相位：可写入 BKP 寄存器，恢复后从断电处继续。
八、总结
本项目以一个看似简单的"红绿灯"为切入点，演示了 GPIO、TIM 中断、EXTI、数码管扫描、状态机设计等多种嵌入式核心技术，是嵌入式课程设计、毕业设计的优选题目。完整源代码、Proteus 仿真工程、PCB 工程都已打包在项目中。
