Đèn giao thông ba màu
ba đèn, một thứ tự, và khái niệm trạng thái

Bài 1 có một đèn. Bài 2 có một đèn nghe lời ngón tay. Bài này có ba đèn phải thay phiên nhau theo đúng một thứ tự, và không bao giờ được sáng cùng lúc. Nghe thì đơn giản, nhưng nó là bài đầu tiên học sinh phải thiết kế một chu trình chứ không chỉ viết vài dòng lệnh.

Sau bài này học sinh làm được

• Nối ba LED vào ba chân GPIO khác nhau, mỗi LED một điện trở riêng.
• Viết được chuỗi lệnh tuần tự thể hiện đúng một chu trình đèn giao thông.
• Giải thích vì sao phải tắt đèn cũ trước khi bật đèn mới.
• Tính được chu kỳ tổng của cột đèn từ ba khoảng thời gian thành phần.
• Đề xuất được thời lượng hợp lí cho một ngã tư có người đi bộ.

Ba chân độc lập, ba lệnh độc lập

Hỏi cả lớp trước khi cắm dây: một cột đèn giao thông có mấy trạng thái? Ba — và chương trình lúc nào cũng phải ở đúng một trong ba, không được lơ lửng ở giữa.

Mỗi chân GPIO bật tắt hoàn toàn độc lập. Không có gì ràng buộc chúng với nhau: chương trình bật cả ba thì cả ba cùng sáng, và cột đèn thành vô nghĩa.

Nghĩa là ràng buộc "mỗi lúc chỉ một đèn" không nằm ở phần cứng, mà do chương trình tự đặt ra và tự giữ. Ý này lặp lại ở mọi hệ điều khiển về sau: máy không tự biết cái gì hợp lí, người lập trình phải viết ra điều đó.

Chu kỳ và cách tính

Ba khoảng cộng lại thành chu kỳ: 5 giây đỏ + 4 giây lục + 2 giây vàng = 11 giây. Toán bước vào rất tự nhiên — ngã tư hai hướng thì đèn đỏ hướng này phải dài bằng đèn lục cộng đèn vàng của hướng kia, bằng không thì hai hướng cùng được đi.

▶ Mở sơ đồ này trên Wokwi Mô phỏng ngay trên trình duyệt, chưa cần bo mạch — hợp cho lúc chuẩn bị bài hoặc khi lớp thiếu thiết bị. ↗

Ba lần lặp lại một thao tác

Mạch của bài này chỉ là mạch Bài 1 nhân ba. Làm xong một đèn thì hai đèn còn lại chỉ là chép lại.

1. Cắm ba LED thành một cột dọc trên breadboard, theo đúng thứ tự thật: đỏ trên, vàng giữa, lục dưới.
2. Mỗi LED nối chân dài qua một điện trở 220 Ω riêng.
3. Ba dây trắng từ ba điện trở về GPIO23, GPIO18, GPIO19.
4. Ba chân ngắn cắm chung một hàng, rồi một dây đen duy nhất về GND.

Toàn bộ mã trong bài chạy trên MicroPython 1.28 cho ESP32. Chép vào bo rồi đổi tên thành main.py là chạy mỗi lần cấp nguồn.

Bước 0 — đối chiếu chân với đèn

# ------------------------------------------------------------
#  Bai 3 - Kiem tra ca ba den truoc khi lam gi khac
#  Bat lan luot tung den de biet chan nao dieu khien den nao.
# ------------------------------------------------------------
from machine import Pin
import time

do   = Pin(23, Pin.OUT)
vang = Pin(18, Pin.OUT)
luc  = Pin(19, Pin.OUT)

for den, ten in ((do, "DO"), (vang, "VANG"), (luc, "LUC")):
    print("Dang bat den", ten)
    den.on()
    time.sleep(1)
    den.off()

Ba đèn sáng lần lượt, mỗi đèn một giây, kèm dòng chữ in ra. Nếu thứ tự sáng không phải đỏ – vàng – lục thì mạch cắm nhầm chân chứ chương trình không sai. Sửa dây, đừng sửa mã.

Chương trình chính — một chu trình đèn giao thông

# ------------------------------------------------------------
#  Bai 3 - Den giao thong ba mau
#  Phan cung: GPIO23 -> den do, GPIO18 -> den vang, GPIO19 -> den luc
#             moi den qua mot dien tro 220 ohm roi ve GND
# ------------------------------------------------------------
from machine import Pin
import time

# ===== CẤU HÌNH =====
CHAN_DO   = 23            # den do
CHAN_VANG = 18            # den vang
CHAN_LUC  = 19            # den luc
THOI_GIAN_DO   = 5000     # ms
THOI_GIAN_LUC  = 4000     # ms
THOI_GIAN_VANG = 2000     # ms
# ====================

do   = Pin(CHAN_DO, Pin.OUT)
vang = Pin(CHAN_VANG, Pin.OUT)
luc  = Pin(CHAN_LUC, Pin.OUT)

while True:
    # Luon tat het truoc, roi moi bat den can sang
    vang.off()
    luc.off()
    do.on()
    time.sleep_ms(THOI_GIAN_DO)

    do.off()
    luc.on()
    time.sleep_ms(THOI_GIAN_LUC)

    luc.off()
    vang.on()
    time.sleep_ms(THOI_GIAN_VANG)

Chú ý cách viết: mỗi lần chuyển trạng thái đều tắt đèn cũ trước, bật đèn mới sau. Viết như vậy dài hơn vài dòng, nhưng nó bảo đảm không bao giờ có hai đèn cùng sáng, kể cả khi sau này ai đó chèn thêm lệnh vào giữa.

Biến thể — chế độ ban đêm

# Bien the ban dem: chi den vang nhay, hai den kia tat han
from machine import Pin
import time

do   = Pin(23, Pin.OUT)
vang = Pin(18, Pin.OUT)
luc  = Pin(19, Pin.OUT)

do.off()
luc.off()

while True:
    vang.on()
    time.sleep_ms(700)
    vang.off()
    time.sleep_ms(700)

Nhiều ngã tư ban đêm chỉ cho đèn vàng nháy. Bản này ngắn hơn hẳn và là ví dụ tốt để hỏi: hai đèn kia đâu rồi? Chúng bị tắt một lần duy nhất ở ngoài vòng lặp, vì đã tắt thì không cần tắt lại mỗi vòng.

Thử thay đổi bài này với AI

Em mô tả bằng tiếng Việt, hệ thống dựng thuật toán và chương trình, rồi nạp thẳng xuống ESP32 qua Wi-Fi.

Đo chu kỳ bằng đồng hồ bấm giờ

1. Bấm giờ đúng lúc đèn đỏ vừa bật.
2. Dừng đúng lúc đèn đỏ bật lần kế tiếp.
3. So với tổng ba khoảng thời gian trong khối cấu hình.

Với 5000 + 4000 + 2000 ms thì kết quả phải rất gần 11 giây. Chênh dưới 1% là bình thường — phần chênh đến từ thời gian máy chạy các lệnh bật tắt, rất nhỏ so với vài giây nhưng có thật. Ý này sẽ quay lại đầy đủ ở Bài 5.

Danh sách kiểm trước khi coi là xong

• Bước 0 cho ba đèn sáng đúng thứ tự đỏ – vàng – lục.
• Chương trình chính không bao giờ có hai đèn cùng sáng.
• Chu kỳ đo được khớp với tổng ba con số trong khối cấu hình.
• Đổi THOI_GIAN_DO thành 10000 thì chu kỳ dài thêm đúng 5 giây.
• Học sinh chỉ ra được dòng nào bảo đảm "mỗi lúc chỉ một đèn sáng".

Tin học — thuật toán vẽ ra được trước khi gõ

Đây là bài đầu tiên đáng để bắt học sinh vẽ sơ đồ khối trước khi lập trình. Chu trình ba trạng thái vẽ ra rất gọn, và khi đã có sơ đồ thì việc gõ chương trình chỉ còn là dịch từng ô sang lệnh. Em nào nhảy thẳng vào gõ mã thường quên mất các lệnh tắt.

Toán — bài toán chia thời gian có ràng buộc

Cho học sinh thiết kế thời lượng cho một ngã tư hai hướng, biết rằng người đi bộ cần ít nhất 8 giây để sang đường và đèn vàng phải đúng 3 giây. Bài toán có ràng buộc thật, nhiều lời giải đúng, và các nhóm sẽ ra kết quả khác nhau — đúng tinh thần một bài toán mở.

Công nghệ — điều khiển nhiều đầu ra theo trình tự

Từ ba đèn ở đây sang băng chuyền ba giai đoạn, máy giặt ba công đoạn hay đèn báo ba mức trong nhà máy đều cùng một khung chương trình. Hãy chỉ rõ điều đó để học sinh thấy mình đang học một mẫu chứ không phải học một bài lẻ.