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這次的目標是做出有小綠人的交通號誌，要完成下列需求：

• 1) 紅燈、綠燈、黃燈
• 2) 紅燈、綠燈秒數倒數
• 3) 小綠人在紅燈的時候會站立不動
• 4) 小綠人在綠燈時會走動，在綠燈剩下5秒時，會加速走動，並帶有閃爍

 需要的零件有：

• 1) 許多單心線
• 2) 紅色、綠色、黃色 LED 各一
• 3) 2位數的7段顯示器
• 4) 8*8 (或是其他尺寸) 的矩陣LED
• 5) 220歐姆電阻好幾個
• 6) 74HC595 shift register 位移暫存器 3個

這次動手做的主題有幾個：練習 timer interrupt、與使用多個 74HC595 以減少 arduino 腳位的使用。

因為 arduino 的 digital out 只有 13 個，而上面的零件一共需要 9 （2位數七段顯示器）+ 16 （8*8矩陣LED）+ 3 （紅綠黃LED燈）會不夠用，因此我們需要使用 74HC595 來減少腳位的使用。

74HC595 是一種位移暫存器（shift register）作用是將序列的輸入暫存住，並輸出到 8bit 的腳位上，例如我們需要輸出 10100101b ，只要將這 8 個 bits 以串列的方式餵入 74HC595，在 74HC595 的輸出 pin 腳就會出現 10100101b。因為是序列輸入，所以只需要 1 個資料腳位，再搭配另外 2 根控制腳位，就可以達到用 3 根腳位輸出 8 bits 的功能。方便的是，74HC595 提供第 9 個 bit 的輸出，可以用來串接下一個 74HC595，於是就可以用 3 根腳位控制 16 bits 輸出了，這樣就夠 8*8 矩陣 LED 使用了。

Cooper Maa: 使用 74HC595 和三支腳位控制 8 顆 LED
Cooper Maa: 使用兩顆 74HC595 和三支腳位控制 16 顆 LED

我將程式主體分成兩部份：計時器與顯示，整體是設計成「有限狀態機」的架構。這樣一來 loop() 可以專心在顯示的部份，也就是根據目前狀態（紅綠黃）判斷要顯示何者。而計時器的部份則是倒數時間，當時間到 0 時就換到下一個狀態。

有限狀態機的部份是全部交給 timer ISR 完成，這樣就不必干擾 loop() 函式的執行了。Timer interrupt 提供了開發者設定計時器的功能，並註冊一個函式，當設定的計時器到了之後，開發者所註冊的函式就會被呼叫，不管現在執行到哪裡，這個函式稱作 Interrupt Service Routine (ISR)。我將 timer 設定為 1/100 秒，不設定成秒的原因在於小綠人的動作必須拆解，且不能顯示太快（每個動作約0.2秒），不像七段顯示器一樣只要一直切換兩個數字的顯示就可以搞定。此外將計時器部份獨立於 loop() 之外也可以確保時間計算的準確性，因為當 loop() 執行了一大堆指令之後，實在是很難拿捏，sleep要睡多久了。

請參考 timer ISR 的撰寫教學：

Cooper Maa - Timers
Cooper Maa - Timer ISR

小綠人加速的實做方式是當目前是綠燈狀態且剩餘秒數小於 5 的時候，這時候小綠人的動作每個 frame 就要縮小到 0.1 秒，並再加入一個全白的 frame，如此一來便能夠製造出閃爍的效果了。

最後，我們直接來看影片吧！！

阿...我知道那個小綠人畫得很糟糕，因為我一時懶得想怎麼畫，就直接去找了當年參加 FPGA 設計比賽的決賽題目的小綠人來抄上去 XDDDD