《新起点V2之FPGA开发指南》第十二章 呼吸灯实验
本帖最后由 正点原子 于 2021-10-30 10:26 编辑1）实验平台：正点原子新起点V2FPGA开发板
2)章节摘自【正点原子】《新起点之FPGA开发指南 V2.1》
3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=609758951113
4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/thread-328002-1-1.html
5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
6）正点原子FPGA技术交流QQ群：712557122
第十二章 呼吸灯实验
呼吸灯最早由苹果公司发明并应用于笔记本睡眠提示上，其一经展出，立刻吸引众多科技厂商争相效仿，并广泛用于各种电子产品中，尤其是智能手机。呼吸灯其实是在微处理器的控制下，由暗渐亮、然后再由亮渐暗，模仿人呼吸方式的LED灯。
本章分为以下几个章节：
11.1简介
1.2实验任务
1.3硬件设计
1.4程序设计
1.5下载验证
1.1简介
呼吸灯采用PWM的方式，在固定的频率下，通过调整占空比的方式来控制LED灯亮度的变化。PWM（Pulse Width Modulation），即脉冲宽度调制，它利用微处理器输出的PWM信号，实现对模拟电路控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量、通信、功率控制等领域。
在由计数器产生的固定周期的PWM信号下，如果其占空比为0，则LED灯不亮；如果其占空比为100%，则LED灯最亮。所以将占空比从0到100%，再从100%到0不断变化，就可以实现LED灯的“呼吸”效果。
PWM占空比调节示意图如下图所示：
图 12.1.1 呼吸灯PWM占空比示意图
由上图可知，LED高电平的时间由长渐渐变短，再由短渐渐变长，如果LED灯是高电平点亮，则LED灯会呈现出亮度由亮到暗，再由暗到亮的过程。
1.2实验任务
本节实验任务是使用新起点开发板上的LED，实现呼吸灯的效果，即由灭渐亮，然后再由亮渐灭。
1.3硬件设计
LED原理图与“流水灯实验”完全相同，请参考“流水灯实验”硬件设计部分。由于LED灯在前面相应的章节中已经给出它们的管脚列表，这里不再列出管脚分配。
1.4程序设计
本次实验的模块端口及结构框图如下图所示。
图 12.4.1 模块端口及信号连接图
周期信号计数器用于产生驱动LED的脉冲信号，本次实验的周期信号频率为1Khz，其占空比由后级逻辑在每个周期之后进行递增或递减，最后再对当前计数值和占空比计数值进行比较，以输出占空比可调的脉冲信号。
呼吸灯代码如下：
1 module breath_led(
2 input sys_clk ,//时钟信号50Mhz
3 input sys_rst_n ,//复位信号
4
5 outputled //LED
6 );
7
8 //reg define
9 regperiod_cnt ; //周期计数器频率：1khz 周期:1ms计数值:1ms/20ns=50000
10regduty_cycle ; //占空比数值
11reg inc_dec_flag ; //0 递增1 递减
12
13//*****************************************************
14//** main code
15//*****************************************************
16
17//根据占空比和计数值之间的大小关系来输出LED
18assign led = (period_cnt >= duty_cycle) ?1'b1:1'b0;
19
20//周期计数器
21always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
22 if(!sys_rst_n)
23 period_cnt <= 16'd0;
24 else if(period_cnt == 16'd50000)
25 period_cnt <= 16'd0;
26 else
27 period_cnt <= period_cnt + 1'b1;
28end
29
30//在周期计数器的节拍下递增或递减占空比
31always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
32 if(!sys_rst_n) begin
33 duty_cycle <= 16'd0;
34 inc_dec_flag <= 1'b0;
35 end
36 else begin
37 if(period_cnt == 16'd50000) begin //计满1ms
38 if(inc_dec_flag == 1'b0) begin //占空比递增状态
39 if(duty_cycle == 16'd50000)//如果占空比已递增至最大
40 inc_dec_flag <= 1'b1; //则占空比开始递减
41 else //否则占空比以25为单位递增
42 duty_cycle <= duty_cycle + 16'd25;
43 end
44 else begin //占空比递减状态
45 if(duty_cycle == 16'd0) //如果占空比已递减至0
46 inc_dec_flag <= 1'b0; //则占空比开始递增
47 else //否则占空比以25为单位递减
48 duty_cycle <= duty_cycle - 16'd25;
49 end
50 end
51 end
52end
53
54endmodule
第21-28行是1KHz周期信号的计数器，用于产生1KHz的LED驱动信号。第31-52行的always块为占空比设定模块，每次计数完了一个周期，就根据递增/递减标志来对占空比计数值（duty_cycle）进行递增/递减25个计数值，这个递增或者递减的数值大小可以用来控制呼吸灯的呼吸频率。
如果占空比计数值（duty_cycle）已经递增到了最大，则呼吸灯已经处于最亮的状态，接下来开始递减；反之，如果占空比计数至已经递减到了最小，即0，则呼吸灯处于熄灭的状态，接下来开始递增；如此循环往复，最终实现了流水灯的效果。
在代码的第18行通过组合逻辑把当前的周期计数值和占空比计数值进行比较，来判断LED的输出电平。在一个周期内，如果当前的周期计数值大于等于占空比计数值，则LED输出高电平，即点亮；如果当前的周期计数值小于占空比计数值，则LED输出低电平，即熄灭。
1.5下载验证
编译工程并生成比特流sof文件。将下载器一端连接电脑，另一端与开发板上的JTAG下载口连接，连接电源线，并打开开发板的电源开关，然后下载程序。
程序下载完成后，可以看到新起点开发板上的LED灯由暗慢慢变亮，再由亮慢慢变暗，即呈现出“呼吸”的效果，如下图所示：
图 12.5.1 开发板实验现象
页:
[1]