1、设计要求

基于小脚丫FPGA开发板设计带数码管显示倒计时的交通灯系统，要求：

• 1)一个道路绿灯持续时间25S，红灯持续时间10S，黄灯持续时间3S；

• 2)另一道路绿灯持续时间10S，红灯持续时间25S，黄灯持续时间3S；

• 3)第一位数码管和第二位数码管显示倒计时；

2、硬件连接

FPGA的系统时钟来自于小脚丫FPGA开发板配置的25MHz时钟晶振，连接FPGA的C1引脚。

本设计除了时钟和复位键以外没有其他的输入，故只用到一个按键K6硬件设计如图1所示，按键连接到FPGA的B1引脚。

图1、复位键硬件设计

设计中需要两个RGB的led进行交通灯显示的呈现，每一个RGB的LED都有三个引脚需要跟小脚丫连接在一起。两个LED跟小脚丫FPGA开发板之间的连接关系如图2所示，对应的管脚如下。

图2、RGB_LED硬件连接

设计中需要使用数码管进行倒计时的显示，小脚丫通过74HC595来控驱动和控制数码管。74HC595跟小脚丫FPGA开发板之间的连接关系如图3所示，对应的管脚如下。

图3、数码管驱动74HC595硬件连接

3、工作原理和状态转换

• 1)使用计数器做分频处理，得到周期为1秒的脉冲信号clk_1h；

• 2)使用一个6bit的BCD码表示倒计时时间的值，其中高2bit表示值的十位，低4bit表示值的个位；

• 3)用以下四个状态分别表示交通灯不同的显示；

• S0: 大路绿灯亮，小路红灯亮，持续25S；

• S1: 大路黄灯（蓝灯）亮，小路红灯持续3S；

• S2: 大路红灯亮，小路绿灯亮，持续10S；

• S3: 大路红灯亮，效率黄灯（蓝灯）亮，持续3S；

• 得到状态转换图如下:

图4、交通灯状态转换图

4、代码设计

为了实现所需要的功能，我们将整个设计在顶层划分为五个不同的模块，如图5所示。

图5、交通灯程序框图

4.1 clock_division模块

Clock_division模块主要实现数字时钟的模式控制，程序代码截图如下：

4.2 Curren_state模块

这部分代码的作用是将次态赋值给当前态，这是三段式的标志性模块。该模块程序代码截图如下：

4.3 Output&count模块

这部分代码可以说是整个代码的核心部分，交通灯的显示在这部分完成。此外，这一部分还负责进行倒计时，这部分的代码将即使数字分为个位和十位进行分别倒计时。此举有利用后面对74HC595驱动数码管的代码进行调用。其序代码截图如下：

4.4 CubeDisplay模块

这部分代码用于74HC595的控制，以使得数码管能够按照计划进行倒计时显示。这部分代码截图如下：

5、系统运行

图6、系统运行

视频地址：

优酷视频（基于小脚丫FPGA的倒计时交通灯）：

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

6、资源报告

7、知识点

• 时钟计数分频

• 三段式程序段的编写

• 串行/并行转换

• 74HC595控制

9、相关文件