雾盈FPGA笔记之（一）：基于FPGA的呼吸灯简单实验（Verilog）

雾盈 · 发表于 2016-7-31 15:22:07

本帖最后由雾盈于 2016-8-2 18:23 编辑

基于FPGA的呼吸灯简单实验程序（Verilog）

2016-07-27 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。
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图2.1所示：

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
如图4.1所示

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，
1．状态的翻转
2．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（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。

if(flag_1s)
state <= ~state;
else
state <= state;

复制代码

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：

0:begin // led from low to high
if(count2 < count3)
begin
clk_out <= 1'b0;
end
else begin
clk_out <= 1'b1;
end

复制代码

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。

我想问问，怎么在文章中间添加图片，不然好多问题无法讲清楚。

附源代码：

module breathe_led(
input clk,
input rst_n,
output reg [3:0] led
);
parameter COUNT_MAX = 10'd999; // 过
parameter COUNT_LIT = 6'd45;
// parameter COUNT_LIT = 6'd9;
// parameter COUNT_MAX = 10'd9;
//
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 <= 1'b0;
end
else begin
if(count1 < COUNT_LIT)
begin
count1 <= count1 + 1'b1;
end
else begin
count1 <= 6'd0;
end
end
end
assign flag_1us = (count1 == COUNT_LIT)? 1'b1 : 1'b0;
//count2
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
count2 <= 10'd0;
end
else begin
/* if(flag_1us)
begin
if(count2 == COUNT_MAX)
begin
count2 <= 10'd0;
end
else begin
count2 <= count2 + 1'b1;
end
end
else begin
count2 <= 10'd0;
end */
if(flag_1us & count2 < COUNT_MAX)
begin
count2 <= count2 + 1'b1;
end
else if(count2 == COUNT_MAX & count1 == COUNT_LIT)
begin
count2 <= 1'b0;
end
end
end
assign flag_1ms = (count2 == COUNT_MAX)? (1'b1 & flag_1us):1'b0;
// count3
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
count3 <= 10'd0;
end
else begin
/* if(flag_1ms)
begin
if(count3 == COUNT_MAX)
begin
count3 <= 10'd0;
end
else begin
count3 <= count3 + 1'b1;
end
end
else begin
count3 <= 10'd0;
end */
if(flag_1ms & count3 < COUNT_MAX)
begin
count3 <= count3 + 1'b1;
end
else if(count3 == COUNT_MAX & count2 == COUNT_MAX & count1 == COUNT_LIT)
begin
count3 <= 1'b0;
end
end
end
assign flag_1s = (count3 == COUNT_MAX)?(1'b1 & flag_1ms):1'b0;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
clk_out <= 1'b0;
state <= 1'b0;
end
else begin
case(state)
0:begin // led from low to high
if(count2 < count3)
begin
clk_out <= 1'b0;
end
else begin
clk_out <= 1'b1;
end
if(flag_1s)
state <= ~state;
else
state <= state;
end
1:begin // led from high to low
if(count2 < count3)
begin
clk_out <= 1'b1;
end
else begin
clk_out <= 1'b0;
end
end
default: state <= 1'b0;
endcase
end
end
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
begin
led <= 4'b1111;
end
else begin
led <= {4{clk_out}};
end
end
// assign led = (!rst_n)?1'b0:{4{clk_out}};
endmodule

复制代码

fpga_wuhan · 发表于 2016-8-1 09:52:43

赞一个，顶一个！

雾盈 · 发表于 2016-7-31 15:26:20

我就想知道怎么在文章中间添加图片，谁能告诉我？

zhiweiqiang33 · 发表于 2016-8-2 10:14:36

谢谢分享，正在学习中；坚持关注；

雾盈 · 发表于 2016-8-2 10:46:04

zhiweiqiang33 发表于 2016-8-2 10:14
谢谢分享，正在学习中；坚持关注；

支老师还亲自顶贴啊

zhiweiqiang33 · 发表于 2016-8-2 19:21:38

必须力挺你，

陈飞龙 · 发表于 2016-8-3 10:30:06

不错，加油

Adamancy · 发表于 2016-8-10 15:59:13

为什么中间少了几个

zhiweiqiang33 · 发表于 2016-8-10 17:47:30

学习了资料写的很基础很全面基础入门资料谢谢

芙蓉王 · 发表于 2016-8-12 16:32:19

感谢分享

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