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--- book_excise_pwm [2021/08/17 17:22]
zili
+++ book_excise_pwm [2021/08/17 17:40] (当前版本)
zili
@@ 行 30: / 行 30: @@
 </WRAP>
 整个程序的架构如图8 2所示，主要由两个模块PWM_Controller和PWM_basic1～PWM_basic8组成：\\
-.PWM_controller实现对8个LED灯亮度的控制，即决定每个LED灯的亮度应该是多少；\\
+. PWM_controller实现对8个LED灯亮度的控制，即决定每个LED灯的亮度应该是多少；\\
-.PWM_basic1~PWM_basic8每一个模块用于控制一个LED灯亮度的实现，也就是使得LED灯的亮度满足PWM_controller提出的要求；\\
+. PWM_basic1~PWM_basic8每一个模块用于控制一个LED灯亮度的实现，也就是使得LED灯的亮度满足PWM_controller提出的要求；\\
-.Counter是一个从0到PERIOD_WIDTH的一个计数器，PERIOD_WIDTH是脉宽调制信号的周期。\\
+. Counter是一个从0到PERIOD_WIDTH的一个计数器，PERIOD_WIDTH是脉宽调制信号的周期。 \\
 \\
@@ 行 39: / 行 40: @@
 PWM_Basic的输入输出接口如下：
+<code verilog>
 input clk, reset;			//时钟和复位信号。
@@ 行 58: / 行 59: @@
 end
+</code>
+在注释1处，当计数器clk_tick为0时点亮LED灯，Pwm_out为低时点亮LED灯。在注释2处，当计数器clk_tick等于pulse_width，也就是脉冲宽度达到所需要的脉冲宽度时，熄灭LED灯。如此，就完成对脉宽调制。
 \\
-\\
-### 仿真结果
+#### 3.3 PWM_controller模块（PWM_controller.v）
+PWM_controller的主要功能如下：\\
+)控制每个LED的初始亮度，也就是初始脉宽；\\
+)更新每个LED的亮度，让每个LED灯逐渐变亮或变暗。\\
+<code verilog>
+always @(posedge clk or negedge reset )	begin : PWM_controller
+integer loop;
+if( !reset ) begin
+state_counter <= 7'd0;
+add <= 8'b1111_1111;
+//add的每一位用来控制一个LED是变亮还是变暗，初始时都要求变亮。
+trigger_pointer[0] <= 16'd0;
+trigger_pointer[1] <= `RESET_PHASE;
+trigger_pointer[2] <= 2*`RESET_PHASE;
+trigger_pointer[3] <= 3*`RESET_PHASE;
+trigger_pointer[4] <= 4*`RESET_PHASE;
+trigger_pointer[5] <= 5*`RESET_PHASE;
+trigger_pointer[6] <= 6*`RESET_PHASE;
+trigger_pointer[7] <= 7*`RESET_PHASE;
+// reg[15:0] trigger_pointer[7:0];
+//trigger_pointer是一个二维数组，用于控制LED灯的脉宽，上列8行对每个LED灯进行了初始化，从上面可以看出，LED7的初始值最大，也就是初始时最亮。RESET_PHASE是宏定义。
+end
+else begin
+if( clk_tick == 16'd0 )	begin
+if( state_counter == `STAT_TRANSFER_NUM ) begin
+		//clk_tick和State_counter共同决定了亮度变化的间隔，为STAT_TRANSFER_NUM*PERIOD_WIDTH个时钟周期。如果设STAT_TRANSFER_NUM为20，PERIOD_WIDTH为25000，时钟为50MHz，则亮度约10ms变化依次。
+			state_counter <= 7'd0;
+			for( loop = 0; loop < 8; loop = loop + 1 ) begin
+//对每个LED灯，更新其亮度，也就是脉宽。
+				if( add[loop] == 1 ) begin
+					if( trigger_pointer[loop] >= `PERIOD_WIDTH - `STEP )
+						add[loop] <= 0;
+					trigger_pointer[loop] <= trigger_pointer[loop] + `STEP;
+				end
+//如果是add为1，则要求变亮，即使脉宽加上一个步长STEP；但如果亮度为最亮，则将add置为0，使其开始变暗。
+				else begin
+					if( trigger_pointer[loop] <= 2*`STEP )
+						add[loop] <= 1;
+					trigger_pointer[loop] <= trigger_pointer[loop] - `STEP;
+				end
+//如果add不为1，也就是0，则要求变暗，即使脉宽减去一个步长STEP；但如果亮度为最暗，则将add置为1，使其开始变亮。
+			end
+		end
+		else
+			state_counter <= state_counter + 7'd1;
+		end
+	end
+	end
+</code>
+上述涉及的宏包括脉宽增加步长STEP、脉宽调制的周期PERIOD_WIDTH、亮度变化控制STAT_TRANSFER_NUM，这些宏可以设置成不同的值以观察控制效果。
 \\
 \\
-### 演示程序文件说明
+### 4. 程序仿真
+Ledtest.v是仿真模块，用于产生需要的时钟和复位信号，同时实例化PWM模块。
+{{ :图_8_3.png |图 8 3  PWM程序仿真结果}}
+<WRAP centeralign>
+图 8 3  PWM程序仿真结果
+</WRAP>
+图 8 3为仿真的结果，由于仿真时间不能太长，因此三个宏的设置如下：
+<code verilog>
+`define STEP 16'd1
+`define PERIOD_WIDTH 16'd10
+`define RESET_PHASE 16'd1
+`define STAT_TRANSFER_NUM 7'd2
+</code>
+上面三个宏都设的很小，便于仿真。从图中可以看出，每个LED灯的脉宽调制信号的脉宽都不一样的；同时由于STAT_TRANSFER_NUM为 2，每个脉宽调制信号是每三个周期变一次，也就是每三个周期亮度变化一次。
+\\
+\\
+### 5. 演示程序文件说明
+|文件名|功能|
+|PWM.v|顶层模块，并包含PWM_Controller模块|
+|Counter.v|Counter定时器模块|
+|PWM_Basic.v|PWM_Basic模块|
+|Pwmtest.mpf|ModelSim仿真工程|
+|Ledtest.v|仿真顶层模块|
+|PWM.qpf|Quartus II项目文件|
 \\
 \\
-### 演示程序使用
+### 6. 演示程序使用
+  演示设备：核心板。
+  演示方法：把程序下载到开发系统中后，可以观察到核心板上8个LED灯不断地变亮或变暗，reset为复位键。
+### 7. 实验中注意的问题
+由于核心板上的LED灯数量有限，而且观察距离近，亮灭的变化不是很明显。在本实验中采用的是线性脉宽调制，即脉冲宽度的变化是个常数。事实上，LED的亮度和脉冲宽度不是线性的关系，是一个指数曲线，因此要使得LED的亮度线性地变化，脉冲宽度的变化就不应该是线性的，这就是伽玛校正。有兴趣的同学可以自己尝试对脉冲宽度进行非线性调制使得LED亮度按线性进行变化。