**这是本文档旧的修订版!**
呼吸灯
====硬件平台====
====设计要求====
- 掌握PWM的原理
- 了解LED通过PWM调亮度的方法
- 基于STEP-MXO2第一代平台实现周期为2s的呼吸灯设计
工作原理
呼吸灯:顾名思义,灯光的亮度在控制下不断的在亮和灭之间逐渐变化,感觉好像是人在呼吸。控制LED的亮度总体有两种方法,一种是给LED灯上施加模拟信号(可以串接可调电阻或DAC输出模拟信号),通过改变流经LED上的电流控制LED灯的亮度;另一种是使用PWM,给LED灯上施加数字信号,通过调整数字信号的占空比(调整占空比 = 调整有效值)来控制LED灯的亮度。这里我们的呼吸灯就是采用第二种PWM的方法实现。
PWM脉冲宽度调制,是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。通过改变PWM的占空比从而改变输出电平的有效值,在LED的亮度上反应出来,如果占空比能够由小变大再变小,在LED上反应出的效果就是呼吸灯的效果。
如上图所示,脉冲信号的周期为T,高电平脉冲宽度为t,占空比为t/T。为了实现PWM脉宽调制,我们需要保持周期T不变,调整高电平脉宽t的时间,从而改变占空比。
- 当t = 0时,占空比为0%,因为我们的LED硬件为低电平点亮,所以为最亮的状态。
- 当t = T时,占空比为100%,LED灯为最暗(熄灭)的状态。
结合呼吸灯的原理,整个呼吸的周期为最亮→最暗→最亮的时间,即t的值的变化:0→T→0逐渐变化,这个时间应该为2s
====硬件连接====
====代码设计====
设计文件
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,计数范围为T,cnt2随cnt1的周期同步计数范围也是T,则占空比从0%到100%的时间 = cnt2*cnt1 = T^2 = 1s = 25MHz,T = 5000,我们定义CNT_NUM = 5000作为两个计数器的计数最大值。
parameter CNT_NUM = 5000 //period = (5000^2)*2 = 50000000 = 2s
计数器cnt1随系统时钟从0~(CNT_NUM-1)循环计数,如下
//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
计数器cnt2随cnt1的周期从0~(CNT_NUM-1)循环计数,如下
//generate cnt2 signal always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin if(!rst_n_in) begin cnt2<=13'd0; flag<=1'b0; end else begin if(cnt1==CNT_NUM-1) begin if(!flag) begin if(cnt2>=CNT_NUM-1) flag<=1'b1; else cnt2<=cnt2+1'b1; end else begin if(cnt2<=0) flag<=1'b0; else cnt2<=cnt2-1'b1; end end else cnt2<=cnt2; end end
最后将两个计数器cnt1和cnt2比较,输出呼吸灯控制信号:
//Compare cnt1 and cnt2, generate PWM-Breath-led assign Breath_led = (cnt1<cnt2)?1'b0:1'b1;
引脚分配如下:
管脚名称 | clkin| rstnin| Breathled | ||
---|---|---|---|
FPGA管脚 | C1 | A2 | A3 |
仿真结果
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
- 呼吸灯原理
- PWM脉宽调节
- 脉冲发生原理
参考文档
相关文档
文件名称 | 功能 |
---|---|
Breath_led.v | 呼吸灯 |
Breath_led_test.v | 测试文件 |