1、設(shè)計(jì)要求

基于小腳丫FPGA開發(fā)板設(shè)計(jì)帶數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)的交通燈系統(tǒng)，要求：

• 1)一個(gè)道路綠燈持續(xù)時(shí)間25S，紅燈持續(xù)時(shí)間10S，黃燈持續(xù)時(shí)間3S；

• 2)另一道路綠燈持續(xù)時(shí)間10S，紅燈持續(xù)時(shí)間25S，黃燈持續(xù)時(shí)間3S；

• 3)第一位數(shù)碼管和第二位數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)；

2、硬件連接

FPGA的系統(tǒng)時(shí)鐘來自于小腳丫FPGA開發(fā)板配置的25MHz時(shí)鐘晶振，連接FPGA的C1引腳。

本設(shè)計(jì)除了時(shí)鐘和復(fù)位鍵以外沒有其他的輸入，故只用到一個(gè)按鍵K6硬件設(shè)計(jì)如圖1所示，按鍵連接到FPGA的B1引腳。

圖1、復(fù)位鍵硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中需要兩個(gè)RGB的led進(jìn)行交通燈顯示的呈現(xiàn)，每一個(gè)RGB的LED都有三個(gè)引腳需要跟小腳丫連接在一起。兩個(gè)LED跟小腳丫FPGA開發(fā)板之間的連接關(guān)系如圖2所示，對(duì)應(yīng)的管腳如下。

圖2、RGB_LED硬件連接

設(shè)計(jì)中需要使用數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的顯示，小腳丫通過74HC595來控驅(qū)動(dòng)和控制數(shù)碼管。74HC595跟小腳丫FPGA開發(fā)板之間的連接關(guān)系如圖3所示，對(duì)應(yīng)的管腳如下。

圖3、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)74HC595硬件連接

3、工作原理和狀態(tài)轉(zhuǎn)換

• 1)使用計(jì)數(shù)器做分頻處理，得到周期為1秒的脈沖信號(hào)clk_1h；

• 2)使用一個(gè)6bit的BCD碼表示倒計(jì)時(shí)時(shí)間的值，其中高2bit表示值的十位，低4bit表示值的個(gè)位；

• 3)用以下四個(gè)狀態(tài)分別表示交通燈不同的顯示；

• S0: 大路綠燈亮，小路紅燈亮，持續(xù)25S；

• S1: 大路黃燈（藍(lán)燈）亮，小路紅燈持續(xù)3S；

• S2: 大路紅燈亮，小路綠燈亮，持續(xù)10S；

• S3: 大路紅燈亮，效率黃燈（藍(lán)燈）亮，持續(xù)3S；

• 得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下:

圖4、交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

4、代碼設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)所需要的功能，我們將整個(gè)設(shè)計(jì)在頂層劃分為五個(gè)不同的模塊，如圖5所示。

圖5、交通燈程序框圖

4.1 clock_division模塊

Clock_division模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的模式控制，程序代碼截圖如下：

4.2 Curren_state模塊

這部分代碼的作用是將次態(tài)賦值給當(dāng)前態(tài)，這是三段式的標(biāo)志性模塊。該模塊程序代碼截圖如下：

4.3 Output&count模塊

這部分代碼可以說是整個(gè)代碼的核心部分，交通燈的顯示在這部分完成。此外，這一部分還負(fù)責(zé)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，這部分的代碼將即使數(shù)字分為個(gè)位和十位進(jìn)行分別倒計(jì)時(shí)。此舉有利用后面對(duì)74HC595驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的代碼進(jìn)行調(diào)用。其序代碼截圖如下：

4.4 CubeDisplay模塊

這部分代碼用于74HC595的控制，以使得數(shù)碼管能夠按照計(jì)劃進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示。這部分代碼截圖如下：

5、系統(tǒng)運(yùn)行

圖6、系統(tǒng)運(yùn)行

視頻地址：

優(yōu)酷視頻（基于小腳丫FPGA的倒計(jì)時(shí)交通燈）：

https://v.youku.com/v_show/id_XMTU0NDI4NjQ1Mg==.html

6、資源報(bào)告

7、知識(shí)點(diǎn)

• 時(shí)鐘計(jì)數(shù)分頻

• 三段式程序段的編寫

• 串行/并行轉(zhuǎn)換

• 74HC595控制

9、相關(guān)文件