001_雾盈FPGA笔记之一呼吸灯简单实验(Verilog).docx

基于FPGA的呼吸灯简单实验程序（Verilog） 雾盈1.呼吸灯呼吸灯最早是由苹果公司发明并应用于笔记本睡眠提示上，一经展出，立刻吸引众多科技厂商争相效仿。将其广泛用于各种电子产品中，尤其是智能手机。呼吸灯其实是微电脑控制下，由暗渐亮，然后再由亮渐暗，模仿人呼吸方式的LED灯2.呼吸灯原理LED的亮度与流过的电流成正比。在一定的频率之下，如果占空比是0，则LED不亮；如果占空比是100%，则LED最亮；如果占空比刚好是50%，则LED亮度适中。如果我们让占空比从0~100%变化，再从100%~0不断变化，就可以实现LED一呼一吸的效果。其波形占空比示意图如下所示：呼吸灯占空比示意图3.呼吸灯程序设计思路（1）首先确定PWM的频率为1Khz（2）由频率算出周期 T = 1/f = 1ms（3）根据每次呼1s，吸1s，算出计数值 1s/1ms=1000（4）然后将1ms分成1000份，每一份是1us（5）写三个 1us、1ms、1s的3个计数器count1、 count2、 Count3，最后count2和count3进行比较 4.程序框图 5.状态机设计可以将呼吸灯运行过程归为两个状态：S0:由灭渐亮；S1：由亮渐灭。这里就会有两个问题需要我们解决，状态的翻转在一个状态里如何使pwm波的占空比实现逐增或逐减。先说第一个问题，两个状态的翻转由下面的时序图可以看出来，两个状态的翻转只是由时间决定的，S0状态和S1状态分别持续1s, 可以将它看成周期为2s的时钟信号，每当flag_1s信号到来一次，状态就翻转一次。 然后再来说第二个问题，在一个状态下如何实现PWM波占空比逐增逐减的过程。以S0状态下，LED由灭渐亮，PWM波占空比由百分之百逐渐减小至零为例：我们发现让count2与count3比较，其结果clk_out会出现这种占空比逐渐减小的结果。此段代码如下： 于是，由反逻辑可以轻易知道在S1状态下，如何使其输出的clk_out占空比由小到大的方法，这样就可以实现LED 的由亮渐灭。记： 整个呼吸灯程序设计主要内容大致如此，末尾附上源代码及其仿真波形，以下为程序设计中我所遇到的问题，给可能出现同样问题的童鞋提供一些参考。Q 1：flag_1us尖峰脉冲信号，仿真出现如下波形：注：在用modelsim仿真波形时，我为了加快仿真速度和方便查看波形，我将所有的count的计数最大值都改为了9。当count1 计数10拍后，count2 波形从9 跳为0 ，但是仔细一看就会发现，count2 波形的9 跳为 0 时，count1 只计数了一拍，中间少了9拍。错误的代码如下：修改后的代码：加入那部分代码的意思是当（count2 == 9 count1 == 9）时，count2 才计入下一拍。正确的波形如下：同理，在count3 归零时也应如此。Q 2：flag_1ms 和flag_1s 两个尖峰脉冲信号，高电平保持时间不是一个时钟周期。如下图所示：这里介绍一个老师讲的技巧，让flag_1ms 的波形与flag_1us 的波形相与，就可以得到flag_1ms 的波形为一个时钟周期的尖峰脉冲。代码如下：关于呼吸灯的问题，我遇到的就是这些了，还有其他问题欢迎童鞋们补充交流。附：仿真波形图全局图附：源代码module breathe_led( input clk, input rst_n, output reg [3:0] led); parameter COUNT_MAX = 10d999; // parameter COUNT_LIT = 6d45;// parameter COUNT_LIT = 6d9;// parameter COUNT_MAX = 10d9;// reg [5:0] count1; reg [9:0] count2; reg [9:0] count3; wire flag_1ms; wire flag_1s; wire flag_1us; reg state; reg clk_out; //count1 always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n) begin count1 = 1b0; end else begin if(count1 COUNT_LIT) begin count1 = count1 + 1b1; end else begin count1 = 6d0; end endend assign flag_1us = (count1 == COUNT_LIT)? 1b1 : 1b0; //count2 always @ (posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n