《FPGA学习》-＞呼吸灯
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呼吸灯，简而言之就像人类呼吸一样，有节奏的让LED灯从：灭->微微亮->微亮->亮->高亮，然后再从：高亮->亮->微亮->微微亮->灭的这样一个过程。
而LED的亮暗程度取决与电压的高低，在安全范围内，电压越高LED亮度越大，电压越低LED亮度越小。但是我们没办法去自动控制电压的高低，所以我们采用通过改变其占空比的方式来调节，即PWM（脉冲宽度调制）技术。简单来说就是在一定的时间周期内，改变高电平所占用的时间。
呼吸灯框架图如下：
PWM调制原理如下图所示：
对PWM有了了解以后，我们开始画波形图，然后对照波形图编写代码，波形图如下：
①sys_clk：时钟信号；
②sys_rst_n：复位信号，低电平有效；
③cnt_1us：因为开发板为50MHz，所以一个时钟周期为20ns，那1us秒即50个时钟周期；
④cnt_1ms：1000个1us进1；
⑤cnt_1s：1000个1ms进1；
⑥cnt_en：使能信号标志位，用来判断LED状态是否到了反转时刻；
⑦led_out：LED状态输出。
源代码如下：
module breath_led //模块开始，定义名称为waterfall_light
#(parameter CNT_1US_MAX = 6'd49 , //定义全局变量CNT_1US_MAX，时间周期为1us parameter CNT_1MS_MAX = 10'd999 , //定义全局变量CNT_1MS_MAX，时间周期为1ms parameter CNT_1S_MAX = 10'd999 //定义全局变量CNT_1S_MAX，时间周期为1s
)
(input wire sys_clk , //定义sys_clk为输入模式 (时钟)input wire sys_rst_n , //定义sys_rst_n为输入模式 (复位)output reg led_out //定义led_out为寄存器类型的输出模式
);reg [5:0] cnt_1us; //定义cnt_1us为6位宽的寄存器类型reg [9:0] cnt_1ms; //定义cnt_1ms为10位宽的寄存器类型reg [9:0] cnt_1s ; //定义cnt_1s为10位宽的寄存器类型reg cnt_en ; //定义cnt_en为寄存器类型always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(sys_rst_n == 1'b0) //复位信号到来begincnt_1us <= 6'd0; //使cnt_1us清零endelse if(cnt_1us == CNT_1US_MAX) //判断cnt_1us是否计数到最大值begincnt_1us <= 6'd0; //使cnt_1us清零endelse cnt_1us <= cnt_1us + 6'd1; //使cnt_1us + 1endalways@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(sys_rst_n == 1'b0) //复位信号到来begincnt_1ms <= 10'd0; //使cnt_1ms清零endelse if((cnt_1ms == CNT_1MS_MAX)&&(cnt_1us == CNT_1US_MAX)) //判断cnt_1us和cnt_1ms是否同时计数到最大值 begincnt_1ms <= 10'd0; //使cnt_1ms清零endelse if(cnt_1us == CNT_1US_MAX) //判断cnt_1us是否计数到最大值begincnt_1ms <= cnt_1ms + 10'd1; //使cnt_1ms + 1endelse cnt_1ms <= cnt_1ms;endalways@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(sys_rst_n == 1'b0) //复位信号到来begincnt_1s <= 10'd0; //使cnt_1s清零endelse if((cnt_1s == CNT_1S_MAX)&& (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX)&&(cnt_1us == CNT_1US_MAX)) //判断cnt_1us,cnt_1ms,cnt_1s是否同时计数到最大值 begincnt_1s <= 10'd0; //使cnt_1s清零endelse if((cnt_1ms == CNT_1MS_MAX)&&(cnt_1us == CNT_1US_MAX)) //判断cnt_1us和cnt_1ms是否同时计数到最大值 begincnt_1s <= cnt_1s + 10'd1; //使cnt_1s + 1endelse cnt_1s <= cnt_1s; //使cnt_1s保持不变endalways@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(sys_rst_n == 1'b0) //复位信号到来begincnt_en <= 1'b0; //使cnt_1s清零endelse if((cnt_1s == CNT_1S_MAX)&& (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX)&&(cnt_1us == CNT_1US_MAX)) //判断cnt_1us,cnt_1ms,cnt_1s是否同时计数到最大值 begincnt_en <= ~cnt_en; //使cnt_en取反endelse cnt_en <= cnt_en; //使cnt_en保持不变 endalways@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)beginif(sys_rst_n == 1'b0) //复位信号到来beginled_out <= 1'b1; //使led_out置1endelse if(((cnt_en == 1'b0)&&(cnt_1ms <= cnt_1s)) || ((cnt_en == 1'b1)&&(cnt_1ms > cnt_1s))) //判断cnt_en为0且cnt_1ms计数值小于等于cnt_1sbegin //或者判断cnt_en为1且cnt_1ms计数值大于cnt_1s执行led_out <= 1'b0; //使led_out置0endelse led_out <= 1'b1; //使led_out置1endendmodule //模块结束生成的RTL电路图如下：
仿真代码如下：
`timescale 1ns/1ns //时间尺度预编译指令 时间单位/时间精度module tb_breath_led (); //定义模块名称为tb_breath_ledreg sys_clk ; //定义sys_clk为reg型
reg sys_rst_n ; //定义sys_rst_n为reg型
wire led_out ; //定义led_out为reg型breath_led //例化对象名称
#(.CNT_1US_MAX (6'd4) , //改变parameter定义的参数.CNT_1MS_MAX (10'd9) , //改变parameter定义的参数.CNT_1S_MAX (10'd9) //改变parameter定义的参数
)
breath_led_inst //实例化名称
(.sys_clk (sys_clk), //使sys_clk信号端口例化为sys_clk.sys_rst_n (sys_rst_n), //使sys_rst_n信号端口例化为sys_rst_n.led_out (led_out) //使led_out信号端口例化为led_out
);initial //初始化begin sys_clk = 1'b1 ; //使sys_clk初始化为高电平状态sys_rst_n = 1'b0 ; //使sys_clk初始化为低电平状态#20 //延时20nssys_rst_n = 1'b1 ; //使sys_rst_n电平拉高end always #10 sys_clk = ~sys_clk; //使sys_clk电平10ns电平状态反转一次endmodule //模块结束仿真波形如下：
从图中可以看出，运行后的仿真波形与设计需求保持一致，任务完成。
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