1、設(shè)計要求

基于小腳丫FPGA開發(fā)板設(shè)計帶數(shù)碼管顯示倒計時的交通燈系統(tǒng)，要求：

• 1)一個道路綠燈持續(xù)時間25S，紅燈持續(xù)時間10S，黃燈持續(xù)時間3S；

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

• 3)第一位數(shù)碼管和第二位數(shù)碼管顯示倒計時；

2、硬件連接

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

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

圖1、復(fù)位鍵硬件設(shè)計

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

圖2、RGB_LED硬件連接

設(shè)計中需要使用數(shù)碼管進行倒計時的顯示，小腳丫通過74HC595來控驅(qū)動和控制數(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，對應(yīng)的管腳如下。

圖3、數(shù)碼管驅(qū)動74HC595硬件連接

3、工作原理和狀態(tài)轉(zhuǎn)換

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

• 2)使用一個6bit的BCD碼表示倒計時時間的值，其中高2bit表示值的十位，低4bit表示值的個位；

• 3)用以下四個狀態(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

為了實現(xiàn)所需要的功能，我們將整個設(shè)計在頂層劃分為五個不同的模塊，如圖5所示。

圖5、交通燈程序框圖

4.1 clock_division模塊

Clock_division模塊主要實現(xiàn)數(shù)字時鐘的模式控制，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，這一部分還負責(zé)進行倒計時，這部分的代碼將即使數(shù)字分為個位和十位進行分別倒計時。此舉有利用后面對74HC595驅(qū)動數(shù)碼管的代碼進行調(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)碼管能夠按照計劃進行倒計時顯示。這部分代碼截圖如下：

5、系統(tǒng)運行

圖6、系統(tǒng)運行

視頻地址：

優(yōu)酷視頻（基于小腳丫FPGA的倒計時交通燈）：

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

6、資源報告

7、知識點

• 時鐘計數(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