led计数电路实验报告_至简设计系列

--作者：肖肖肖

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1.1 总体设计

1.1.1 概述

发光二极管简称为LED，是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，可以高效的将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。可通过高低电平的变化来控制LED灯的明灭状态，当输出信号为低电平时，LED灯亮，反之，当输出信号为高电平时，LED灯灭。

1.1.2 设计目标

内容：开发板上有红黄绿 LED 灯各四个，分别放在东西南北方向。参考交通灯的情况，即每个方向都是绿灯亮 10 秒，然后黄灯亮 5 秒，然后红灯亮 15 秒。绿灯按照东西和南北的顺序依次亮。

具体思路：

1. 首先分东西方向和南北方向来设计电路。设计两个不同的状态机来指示不同的状态。东西方向的灯状态相同，南北方向的灯状态相同。

2. 4 个方向的灯依次为红绿黄的依次循环时间为 15+10+5=30 秒，所以可以设计一个计数器，计时 30 秒钟，表示一个循环。计数器可以分两个写，一个计时 1 秒，一个计时 30秒。

3. 然后再根据计数器的计数值的不同，决定状态机的不同状态。

4. 首先设计东西方向的状态机，复位的时候，绿灯亮，计数器计到 10 秒，黄灯亮，计到15 秒，红灯亮，计满 30 秒，又是绿灯亮......依次循环。

5. 接着设计南北方向的状态机，复位的时候，红灯亮，计数器计到 15 秒，绿灯亮，计到20 秒，黄灯亮，计满 30 秒，又是红灯亮......依次循环。

1.1.3 信号列表

1.1.1 设计思路

根据题目功能要求，东西南北四个方向LED灯按照“红灯-绿灯-黄灯”的顺序依次循环时间为 15+10+5=30 秒，所以可以设计一个计数器，计时 30 秒钟表示一个循环。该计数器可以分两个写，一个计时 1 秒，一个计时 30秒。

因为在数字电路中的延时都是通过计数器实现的，计数器*时钟周期=延时时间。本模块中，由于输入时钟是50MHz，时钟周期为20ns，功能要求每1秒变化一次。我们通过counter来表示延时，当其值为1s/20ns=5000_0000时，表示1秒时间到。

两个计数器的架构图：

时钟计数器counter：该计数器用于计算1s的时钟个数，加一条件为1，表示一直计数；数到5000_0000下，则表示数到1秒的时间了。

秒计数器：该计数器用于计算1个周期内三色LED按顺序各点亮1次的时间，1周期的时间为30秒，加一条件为时钟计数器的结束条件，表示时钟计数器每数完1s，秒计数器计数加一；数到30下，则表示数到30秒的时间了。

下面是两个计数器的代码：

1.

按照题目要求：分东西方向和南北方向来设计电路，因此设计两个不同的状态机来指示不同的状态——同一时间内，东西方向的灯状态相同，南北方向的灯状态相同。

两个状态机的架构：

东西方向的状态机：该状态机用于设定东西方向LED的颜色跳转状态。

1) 上电后，就跳转到绿灯亮状态，绿灯亮；

2) 10 秒后，黄灯亮，跳转条件为秒计数器计数10下，即add_second && second==10-1，则表示数到10秒了；

3) 5 秒后，红灯亮，跳转条件为秒计数器计数15下，即add_second && second==15-1，则表示数到15秒了；

4) 15 秒后，又是绿灯亮，跳转条件为秒计数器计满30下，即add_second && second==30-1，则表示数到30秒了......依次循环。

南北方向的状态机：该状态机用于设定南北方向LED的颜色跳转状态。

1) 上电后，就跳转到红灯亮状态，红灯亮；

2) 15 秒后，绿灯亮，跳转条件为秒计数器计数15下，即add_second && second==15-1，则表示数到15秒了；

3) 10 秒后，黄灯亮，跳转条件为秒计数器计数25下，即add_second && second==25-1，则表示数到25秒了；

4) 5 秒后，又是红灯亮，跳转条件为秒计数器计满30下，即add_second && second==30-1，则表示数到30秒了......依次循环。

下面是东西、南北方向的两个状态机代码：

1.

1.2 效果和总结

Ø 点拨板

1. 复位，东西绿灯亮，南北红灯亮

2. 10秒后，东西黄灯亮，南北还是红灯亮

3. 15秒后，东西红灯亮，南北绿灯亮

4. 20秒后。东西还是红灯亮，南北黄灯亮

5. 30秒后，东西绿灯亮，南北红灯亮

Ø Mp801

1. 复位，东西绿灯亮，南北红灯亮

2. 10秒后，东西黄灯亮，南北还是红灯亮

3. 15秒后，东西红灯亮，南北绿灯亮

4. 20秒后。东西还是红灯亮，南北黄灯亮

5. 30秒后，东西绿灯亮，南北红灯亮

Ø 实验箱

1. 复位，东西绿灯亮，南北红灯亮

2. 10秒后，东西黄灯亮，南北还是红灯亮

3. 15秒后，东西红灯亮，南北绿灯亮

4. 20秒后。东西还是红灯亮，南北黄灯亮

5. 30秒后，东西绿灯亮，南北红灯亮

观看上面的现象，可以发现，各项功能正常：开发板上有红黄绿三色 LED 灯各四个，在东西南北方向各有一组。参考交通灯的情况，即每个方向都是绿灯亮 10 秒，然后黄灯亮 5 秒，然后红灯亮 15 秒。绿灯按照东西和南北的顺序依次亮。成功完成设计目标。