Эмулятор светофора на Arduino: проверьте логику без платы

Что проверяет эмулятор и что остаётся железу

Светофор — хрестоматийный конечный автомат: всегда ровно в одном состоянии, переходы по таймеру и флагу, ни одной паузы в loop(). Вся сложность живёт в логике, а не в электричестве, поэтому в браузере она проверяется целиком: три светодиода на пинах 12, 11 и 10, кнопка пешехода на пине 2 с INPUT_PULLUP, флаг zapros. Схему на этом этапе можно не собирать вовсе: эмулятор отвечает на вопрос «верна ли логика», макетка — на вопрос «доживут ли детали».

Числа не выдуманы под страницу — это фазы из урока, и таблицу легко пересобрать под свой перекрёсток. Главное правило экрана: таймер каждого состояния перезапускается ровно в момент смены, одной строкой lastSwitch = millis() рядом с присваиванием состояния. Размазанная пара «сменил — перезапустил» — источник половины светофорных затыков; механику неблокирующих таймеров подробно разбирает урок про millis вместо delay.

Пять проверок фаз, которые я гоняю первым делом

• Жёлтый всегда между зелёным и красным: связки «зелёный сразу красный» и «жёлтый вместе с красным» — брак фаз, водители не успевают среагировать.
• Нажатие пешехода на зелёном старше двух секунд срезает зелёный немедленно, а моложе — досиживает минимум: машины успевают покинуть перекрёсток.
• Запрос во время красного текущий красный не сокращает: он доживает до зелёного и делает его укороченным — нетерпеливое тыканье цикл не ускоряет.
• Каждая смена фазы печатает пару t=… svet=…, и t каждого нового состояния равен t предыдущего плюс длительность: таймер перезапустился ровно раз.
• Жёлтый держит ровно 2000 мс при любом количестве нажатий: флаг, вставший на жёлтом, гаснет вместе с жёлтым.

const int PIN_KRAS = 12;
const int PIN_ZHOLT = 11;
const int PIN_ZELEN = 10;
const int KNOPKA = 2;
 
const unsigned long DL_ZELEN = 5000;
const unsigned long DL_ZHOLT = 2000;
const unsigned long DL_KRAS = 5000;
const unsigned long DL_ZELEN_MIN = 2000;
 
int svet = 0;              // 0 зелёный, 1 жёлтый, 2 красный
int zapros = 0;
unsigned long lastSwitch = 0;
 
void stavit(int novy) {
  svet = novy;
  lastSwitch = millis();   // единственный перезапуск таймера
  Serial.print("t=");
  Serial.print(millis());
  Serial.print(" svet=");
  Serial.println(svet);
}
 
void setup() {
  pinMode(PIN_KRAS, OUTPUT);
  pinMode(PIN_ZHOLT, OUTPUT);
  pinMode(PIN_ZELEN, OUTPUT);
  pinMode(KNOPKA, INPUT_PULLUP);
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
  if (digitalRead(KNOPKA) == LOW) {
    zapros = 1;            // кнопка просит, не приказывает
  }
  unsigned long vozrast = millis() - lastSwitch;
 
  if (svet == 0) {         // зелёный
    if (zapros ? vozrast >= DL_ZELEN_MIN : vozrast >= DL_ZELEN) stavit(1);
  } else if (svet == 1) {  // жёлтый
    if (vozrast >= DL_ZHOLT) { zapros = 0; stavit(2); }
  } else {                 // красный
    if (vozrast >= DL_KRAS) stavit(0);
  }
}

Монитор читайте парами имя=значение: t — миллисекунды от старта, svet — номер фазы, по нажатию кнопки встанет zapros=1. Три строки подряд с одинаковым svet — признак того, что кнопка печатает на каждом обороте, а не по флагу; разделение фронтов и режимов по switch разобрано в уроке про switch и режимы, каркас автомата там же. Компоновку «опрос мира — возраст состояния — switch» я больше нигде не нарушаю: она переезжает на шлагбаумы, замки и поливалки без единой правки структуры.

Пешеходный цикл: кнопка просит, автомат решает

Разница между «кнопка переключает» и «кнопка просит» — то, что отличает светофор от игрушки. Нажатие ставит флаг zapros, а распорядок держит автомат: зелёный старше двух секунд заканчивается сразу, моложе — дорабатывает минимум, дальше жёлтый и полный красный ровно на пять секунд. В это окно пешеход переходит дорогу; при включении красного флаг гаснет — просьба обслужена. Мой тест на живое понимание: понажимайте кнопку во время красного. Скука — признак здоровья: пока красный не сменился, происходить ничего не должно.

Типовые промахи, которые я собирал на кружке

• Жёлтый одновременно с красным — «украшение» перехода склейкой двух состояний: перекрёсток читается как гололёд, фазы сменяются по одной.
• Вечный жёлтый — зажатая кнопка в ветке зелёного каждый оборот сбрасывает таймер: кнопка обязана лишь взводить флаг, решения принимает автомат.
• Фазы мелькают за миллисекунды — переход выполнен, а перезапуск lastSwitch забыт: условие остаётся истинным на каждом обороте.
• Кнопка опрашивается внутри ветки зелёного — на красном и жёлтом пешеход невидим: опрос мира стоит до switch и работает во всех фазах.
• Пешеходный цикл без жёлтого — запрос кидает зелёный прямо в красный: короткий жёлтый между ними обязателен даже при укороченном зелёном.

Что видит эмулятор, а что остаётся макетке

Ключ ко всем пяти проверкам — неблокирующий таймер: delay() замораживает loop вместе с кнопкой, и флаг пешехода не поднимается вовсе. Разницу полезно ощущать руками, а не только глазами: лаборатория ниже крутится прямо на странице — блокирующая пауза против millis(), и кнопка в обеих колонках отвечает по-разному.

Когда пять проверок зелёные, логика готова к переселению: соберите три светодиода на макетке — посадка показана в уроке про светодиод на breadboard, — вставьте скетч и сверьте с экраном. Полную сборку пешеходного перекрёстка со скетчем и раскладкой пинов ведёт урок про конечный автомат — светофор без delay(), у него же на странице живой сим с подключённой кнопкой. Проверка в браузере — минутное дело, а экономит вечер перепайки.

Частые вопросы