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--- 9._呼吸灯 [2017/03/22 23:48]
zhijun
+++ 9._呼吸灯 [2019/09/06 11:56] (当前版本)
gongyu
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-=====呼吸灯=====
+#### 呼吸灯
+---
 本节，我们将通过脉宽调制技术来实现“呼吸灯”，实现LED的亮度由最暗逐渐增加到最亮，再逐渐变暗的过程。
 脉冲宽度调制(PWM:Pulse Width Modulation)，简称脉宽调制。它是利用微控制器的数字输出调制实现，是对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等众多领域。
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-====硬件说明====
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+####硬件说明
+---
 呼吸灯的设计较为简单，我们使用12MHz的系统时钟作为高频信号做分频处理，调整占空比实现PWM，通过LED灯LD1指示输出状态。
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 呼吸灯设计要求呼吸的周期为2s，也就是说LED灯从最亮的状态开始，第一秒时间内逐渐变暗，第二秒的时间内再逐渐变亮，依次进行。
-本设计中需要两个计数器cnt1和cnt2，cnt1随系统时钟同步计数（系统时钟上升沿时cnt1自加1）范围为0~T，cnt2随cnt1的周期同步计数（cnt1等于T时，cnt2自加1）范围也是0~T，这样每次cnt1在0~T的计数时，cnt2为一个固定值，相邻cnt1计数周期对应的cnt2的值逐渐增大，我们将cnt1计数0~T的时间作为脉冲周期，cnt2的值作为脉冲宽度，则占空比 = cnt2/T,占空比从0%到100%的时间 = cnt2*cnt1 = T^2 = 1s = 25M个系统时钟，T = 5000，我们定义CNT_NUM = 5000作为两个计数器的计数最大值。
+本设计中需要两个计数器cnt1和cnt2，cnt1随系统时钟同步计数（系统时钟上升沿时cnt1自加1）范围为0~T，cnt2随cnt1的周期同步计数（cnt1等于T时，cnt2自加1）范围也是0~T，这样每次cnt1在0~T的计数时，cnt2为一个固定值，相邻cnt1计数周期对应的cnt2的值逐渐增大，我们将cnt1计数0~T的时间作为脉冲周期，cnt2的值作为脉冲宽度，则占空比 = cnt2/T,占空比从0%到100%的时间 = cnt2*cnt1 = T^2 = 1s = 12M个系统时钟，T = 2400，我们定义CNT_NUM = 2400作为两个计数器的计数最大值。
 {{ ::呼吸灯pwm原理.jpg |PWM呼吸灯原理}}
-<code verilog>
+####Verilog代码
-parameter	CNT_NUM = 5000	//period = (5000^2)*2 = 50000000 = 2s
-</code>
-计数器cnt1随系统时钟从0~（CNT_NUM-1）循环计数，如下
+---
 <code verilog>
-//generate cnt1 signal
-always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
-	if(!rst_n_in) begin
-		cnt1<=13'd0;
-	end else begin
-		if(cnt1>=CNT_NUM-1) cnt1<=1'b0;
-		else cnt1<=cnt1+1'b1;
-	end
-end
-</code>
-计数器cnt2随cnt1的周期从0~（CNT_NUM-1）循环计数，如下
+// ********************************************************************
+// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
-<code verilog>
+// ********************************************************************
-//generate cnt2 signal
+// File name    : breath_led.v
-always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
+// Module name  : breath_led
-	if(!rst_n_in) begin
+// Author       : STEP
-		cnt2<=13'd0;
+// Description  :
-		flag<=1'b0;
+// Web          : www.stepfpga.com
-	end else begin
+//
-		if(cnt1==CNT_NUM-1) begin
+// --------------------------------------------------------------------
-			if(!flag) begin
+// Code Revision History :
-				if(cnt2>=CNT_NUM-1) flag<=1'b1;
+// --------------------------------------------------------------------
-				else cnt2<=cnt2+1'b1;
+// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
-			end else begin
+// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
-				if(cnt2<=0) flag<=1'b0;
+// --------------------------------------------------------------------
-				else cnt2<=cnt2-1'b1;
+// Module Function:呼吸灯
+module breath_led(clk,rst,led);
+	input clk;             //系统时钟输入
+	input rst;             //复位输出
+	output led;            //led输出
+	reg [24:0] cnt1;       //计数器1
+	reg [24:0] cnt2;       //计数器2
+	reg flag;              //呼吸灯变亮和变暗的标志位
+	parameter   CNT_NUM = 2400;	//计数器的最大值 period = (2400^2)*2 = 24000000 = 2s
+	//产生计数器cnt1
+	always@(posedge clk or negedge rst) begin
+		if(!rst) begin
+			cnt1<=13'd0;
+			end
+        else if(cnt1>=CNT_NUM-1)
+				cnt1<=1'b0;
+		     else
+                cnt1<=cnt1+1'b1;
+		end
+	//产生计数器cnt2
+	always@(posedge clk or negedge rst) begin
+		if(!rst) begin
+			cnt2<=13'd0;
+			flag<=1'b0;
+			end
+        else if(cnt1==CNT_NUM-1) begin //当计数器1计满时计数器2开始计数加一或减一
+			if(!flag) begin            //当标志位为0时计数器2递增计数，表示呼吸灯效果由暗变亮
+				if(cnt2>=CNT_NUM-1)    //计数器2计满时，表示亮度已最大，标志位变高，之后计数器2开始递减
+					flag<=1'b1;
+				else
+					cnt2<=cnt2+1'b1;
+				end
+			else begin
+				if(cnt2<=0)      //当标志位为高时计数器2递减计数
+					flag<=1'b0;		   //计数器2级到0，表示亮度已最小，标志位变低，之后计数器2开始递增
+				else
+					cnt2<=cnt2-1'b1;
+				end
 			end
-		end else cnt2<=cnt2;
+		else
-	end
+			cnt2<=cnt2;                //计数器1在计数过程中计数器2保持不变
-end
+		end
-</code>
+	//比较计数器1和计数器2的值产生自动调整占空比输出的信号，输出到led产生呼吸灯效果
+	assign	led = (cnt1<cnt2)?1'b0:1'b1;
+endmodule
-最后将两个计数器cnt1和cnt2比较，输出呼吸灯控制信号：
-<code verilog>
-//Compare cnt1 and cnt2, generate PWM-Breath-led
-assign	Breath_led = (cnt1<cnt2)?1'b0:1'b1;
 </code>
-引脚分配如下：
+####引脚分配
-^ 管脚名称 | clk_in| rst_n_in| Breath_led|
+---
-^ FPGA管脚 | C1    | A2      | A3        |
-====仿真结果====
-{{:呼吸灯仿真.jpg|呼吸灯仿真}}
+引脚分配如下：
-====资源报告====
-^ 资源 | 数量  | 比例  | 说明  |
-^ LUTs | 40   | 6%   |   |
-^ 寄存器 | 27    | 2% |   |
-^ 存储器 | 0  | 0%   |    |
-^ IO管脚   | 3 |   |    |
-^ 时钟频率 | 25MHz |   |    |
-====知识点====
+^ 管脚名称 | clk| rst| led|
+^ FPGA管脚 | C1    | L14     | N13       |
-  * 呼吸灯原理
-  * PWM脉宽调节
-  * 脉冲发生原理
+####小结
-====参考文档====
+---
-  * [[脉冲发生器]]
-  * {{:machxo2familydatasheet.pdf|Lattice MachXO2数据手册}}
+脉宽调制是一种值得广大工程师在许多应用设计中使用的有效技术，你也可以根据本节介绍的流水灯程序，实现RGB三色灯的呼吸。在下一小节我们会学习状态机的使用方法：[[10. 交通灯|交通灯的设计]]。