呼吸灯--FPGA - 技术栈

1.breath_led.v

2.tb_breath_led.v

呼吸灯就是从完全熄灭到完全点亮，再从完全点亮到完全熄灭。具体就是通过控制PWM的占空比控制亮灭程度。

绘制PWM波的步骤就是，首先灯是在第一个时钟周期保持高电平熄灭状态，在第二个时钟周期保持1/10个时钟周期的低电平，其余都是高电平。在第3个时钟周期保持2/10的低电平，剩余都是高电平，依次绘制下去直到第11个时钟周期在一个周期内都是低电平点亮状态。然后下一个周期还是点亮状态，之后开始逐渐熄灭的波形图的绘制。首先1/10的高电平其余全是低电平...

首先要知道从完全熄灭到完全点亮的时间是多少，定义为1S。声明一个1S的计数器。初识状态不在周期里面因此设置为10个周期，把1S分成1000份，1S/1000=0.001s=1ms，每个T就是1ms。为什么要分成1000份呢，因为分的份数越大，看起来就越细腻，呼吸效果就越好。再把T分成1000份，每次增加一小份。1ms/1000=0.001ms=1us。因此这里就有3个计数器，我们可以先从1us绘制波形图，当满足1000份就是1ms，这样比全部用时钟信号计数可以节约逻辑资源，最大计数都是999。

50Mhz，一个时钟周期就是20ns，那么1us/20ns=1000ns/20ns=50，因此1us要计数50个时钟周期，最大值就是49。当us计数器从0计数到49的时候，ms计数器加1，目的是为了计算1ms计数器的数量，当ms计数器计数到999的时候，s计数器就加1。当s计数器计数到999的时候，此时就花了1s，就表示走过了从全暗到全亮的一个过程。

完整的波形图如下：

以上的波形图还不对，因为还有完全点亮到逐渐熄灭的逆过程，可以通过对led_out取反获得

增加了一个cnt_en使能信号，前1s是低电平，后1s是高电平。

以上是从亮变暗的过程。当cnt_en为低电平并且cnt_1ms<=cnt_1s时，或者cnt_en为高电平并且cnt_1ms>cnt_1s时,输出led_out为低电平，反之为高电平。

1.breath_led.v

module breath_led#(
	parameter CNT_1US_MAX=6'd49,
	parameter CNT_1MS_MAX=10'd999,
	parameter CNT_1S_MAX=10'd999

)
(
	input wire 			sys_clk		,
	input wire     		sys_rst_n	,
	
	output 	reg		led_out
);


reg [9:0]cnt_1s	;
reg [9:0] cnt_1ms;
reg [5:0] cnt_1us;
reg       cnt_en;

always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if (sys_rst_n==1'b0)
		cnt_1us<=6'd0;
	else if(cnt_1us==CNT_1US_MAX)
		cnt_1us<=6'd0;
	else
		cnt_1us<=cnt_1us+1'd1;
		
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if (sys_rst_n==1'b0)
		cnt_1ms<=10'd0;
	else if((cnt_1us==CNT_1US_MAX)&&(cnt_1ms==CNT_1MS_MAX))
		cnt_1ms<=10'd0;
	else if(cnt_1us==CNT_1US_MAX)
		cnt_1ms<=cnt_1ms+1'd1;
	else
		cnt_1ms<=cnt_1ms;
		
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if (sys_rst_n==1'b0)
		cnt_1s<=10'd0;
	else if((cnt_1s==CNT_1S_MAX)&&(cnt_1ms==CNT_1MS_MAX)&&(cnt_1us==CNT_1US_MAX))
		cnt_1s<=10'd0;
	else if((cnt_1us==CNT_1US_MAX)&&(cnt_1ms==CNT_1MS_MAX))
		cnt_1s<=cnt_1s+1'd1;
	else
		cnt_1s<=cnt_1s;
		
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if (sys_rst_n==1'b0)
		cnt_en<=1'b0;
	else if ((cnt_1s==CNT_1S_MAX)&&(cnt_1ms==CNT_1MS_MAX)&&(cnt_1us==CNT_1US_MAX))
		cnt_en=~cnt_en;
	else 
		cnt_en<=cnt_en;
		
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if (sys_rst_n==1'b0)
		led_out<=1'b1;
	else if(((cnt_en==1'b0)&&(cnt_1ms<=cnt_1s))||((cnt_en==1'b1)&&(cnt_1ms>cnt_1s)))
		led_out<=1'b0;
	else 
		led_out=1'b1;

endmodule

2.tb_breath_led.v

`timescale 1ns/1ns

module tb_breath_led();

reg sys_clk;
reg sys_rst_n;

wire led_out;

initial 
	begin
	sys_clk=1'b1;
	sys_rst_n<=1'b0;
	#20
	sys_rst_n<=1'b1;	
	end
	
always #10 sys_clk=~sys_clk;

breath_led
#(
	.CNT_1US_MAX (6'd4),
    .CNT_1MS_MAX (10'd9),
	.CNT_1S_MAX  (10'd9)
  ) 
breath_led_inst
(
	.sys_clk	(sys_clk)	,
	.sys_rst_n	(sys_rst_n),
				
	.led_out    (led_out)
);
endmodule