FPGA开发——呼吸灯的另一种实现方式

一、概述

关于呼吸灯的设计其实在前面的文章中就已经提到过，这篇文章更多的针对前面的实现方式进行一个改良。在前面的呼吸灯的设计使用的是us、ms、s的三级计数器进行功能实现，这种实现方法应该是我们最后理解也是最常用的方式。但经过蜂鸣器的音乐播放器的设计之后突然一想，既然呼吸灯也用的PWM进行设计，为什么不直接使用调制占空比的方式进行实现呢。经过系统的总结，其实前面文章实现的方式虽然通俗易懂，但严格来说不算是PWM调制，只能说刚好踩在了点上，所以也能实现。

在本次的呼吸灯设计中，我们直接采取改变占空比的方式，对于呼吸灯进行一个实现。

二、工程实现

1、基本思路

这里和前面实现的时间一样也采用2s完成LED呼吸灯的全部过程，私用ms的计数器对于计数器进行1000次技术，接着对于这1000个m计数周期进行占空比的一个调试。在呼吸灯有灭------亮变为亮------灭的状态切换时使用一个一秒计数器对状态标志位进行一个划分，最后对于LED进行一个输出就实现了呼吸灯的设计。

2、设计文件的编写

见闻思意，新建一个breath_led.v文件，如下：

cpp 复制代码

//实现2s呼吸灯，1s呼，1s吸。
module breath_led (
    input           clk             ,
    input           rst_n           ,
    output reg      led             
);
//
parameter TIME_1MS = 50000;
//
reg  [15:0]             cnt_1ms         ;//1个pwm周期计数器
wire                    add_cnt_1ms     ;
wire                    end_cnt_1ms     ;

reg  [9:0]              cnt_1s          ;//以1ms为基准,计数1000次
wire                    add_cnt_1s      ;
wire                    end_cnt_1s      ;

reg                     state_flag      ;//状态标志位

reg  [15:0]             duty            ;//占空比

//1ms计数器
always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(!rst_n)begin
        cnt_1ms <= 'd0;
    end
    else if(add_cnt_1ms)begin
        if(end_cnt_1ms)begin
            cnt_1ms <= 'd0;
        end
        else begin
            cnt_1ms <= cnt_1ms + 1'b1;
        end
    end
assign add_cnt_1ms = 1'b1;
assign end_cnt_1ms = add_cnt_1ms && (cnt_1ms ==  (TIME_1MS - 1));


//1s计数器
always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(!rst_n)begin
        cnt_1s <= 'd0;
    end
    else if(add_cnt_1s)begin
        if(end_cnt_1s)begin
            cnt_1s <= 'd0;
        end
        else begin
            cnt_1s <= cnt_1s + 1'b1;
        end
    end
assign add_cnt_1s = end_cnt_1ms;
assign end_cnt_1s = add_cnt_1s && (cnt_1s ==  (1000 - 1));

//LED呼吸灯状态切换
always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        state_flag <= 0;//表示从渐灭到渐亮的状态
    end
    else if(end_cnt_1s)begin
        state_flag <= ~state_flag;//当1s时间到来 状态翻转
    end
end

//占空比改变
always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        duty <= 0;
    end
    else if(end_cnt_1ms && (!state_flag))begin//在从渐灭到渐亮的状态下, 占空比比较值每1ms加1/1000个pwm
        duty <= duty + TIME_1MS/1000;
    end
    else if(end_cnt_1ms && (state_flag))begin//在从渐亮到渐灭的状态下, 占空比比较值每1ms减1/1000个pwm
        duty <= duty - TIME_1MS/1000; 
    end
end

always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        led <= 0;
    end
    else if(cnt_1ms >= duty)begin
        led <= 0;
    end
    else begin
        led <= 1; 
    end
end
    
endmodule

3、测试文件的编写

cpp 复制代码

`timescale 1ns/1ps
module  breath_led_tb();
reg                 clk         ;
reg                 rst_n       ;

//模块例化
breath_led led_inst(
    /* input            */.clk             (clk             ),
    /* input            */.rst_n           (rst_n           ),
    /* output reg       */.led             ()
);

//重定义
defparam led_inst.TIME_1MS = 5000;
//时钟
parameter CLK_CYCLE = 20;
initial clk = 1;
always #(CLK_CYCLE/2) clk = ~clk;
//复位
initial begin
    rst_n = 1'b0;
    #(CLK_CYCLE*2);
    #3;
    rst_n = 1'b1;
end

//激励
initial begin

end



endmodule

三、仿真波形图

在第一章图中我们可以看到LED的占空比duty在不断增加，上面的led输出波形高电平也是在不断变大，实现的是LED吸的状态，而在第二章图中是1秒过后LED进行呼的状态，占空比duty在不断减小，相应的波形图高电平占空比也在不断变小。在最后进行下板验证时我们观察到LED在进行灭------亮，亮------灭的显示，呼吸灯设计完成。