昨晚刚做了个呼吸灯，感觉挺不错的，给大家分享一下（打call打call）
呼吸灯还是很经典的，之前无论学什么嵌入式，在定时器PWM部分总是先拿这玩意开刀（doge）
先谈谈个人体会。
嵌入式定时器部分利用递增的计数器来调节占空比（即PWM），来实现呼吸灯，而再FPGA里，我们就是从头搭建一个计数器，然后类似的通过计数器中的值来递增或递减占空比。
1.原理分析
思路还是很清晰的哈，把大体模块先说下：
如果从全灭到全亮需要2s，我们可以设置1000个亮度，每个亮度显示2ms；接着把每个亮度分成1000等分，每个等分2us。这1000个2us有的需要led亮，有的需要led灭。这最小的1000等分就是PWM占空比的最小单位。
反正我看了好几次才明白啥意思，所以再给大家放张图解释一下：
大家看到下面的led脉冲比，可以发现占比的最小单位是2us，也就是说，再我们的系统中，2us是时间的最小单位。之后，2ms在2us的基础上计数，2s在2ms基础上计数。
而为什么要把2ms再次打散呢？因为你要想实现PWM，把每2ms作为一个亮度，那就不能在ms级上操作（因为每2ms中需要led有亮有灭），所以我们再把2ms分成1000分，在us级上操作led，这样对于更宏观的ms级就是不同亮度了。
2.敲代码......
我们先考虑一下顶层模块：
cpp
module breath(
input sys_clk,
input sys_rst,
output reg led
);
endmodule很简单哈，除了时钟和复位的输入，就是led的输出了。
基于上面的原理，需要我们先把2us的块写出来。
cpp
reg [6:0] cnt;
parameter CNT = 7'd100;
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) begin
if(!sys_rst)
cnt <= 7'd0;
else if(cnt < CNT - 7'd1)
cnt <= cnt + 7'd1;
else
cnt <= 7'd0;
end打过流水灯和按键消抖这些新手村后，计数器这种小case对咱们这些大佬 小白 来说肯定时毫无难度了哈！不过有一点我觉得可以分享一下。
写C时的循环长这个德行：
- for(int i=0;i<CNT;i++)
这样就循环了CNT次。
但Verilog里不是这样啊！因为for语句里的i++是在循环结束后对i进行++，而always块里是立即执行，也就意味着如果你还这么(cnt < CNT)写，那就会执行CNT+1次，这肯定不是我们所期望的，所以我在if里多减了1。
还有，虽然我们现在可以在例化模块时传参，但把最大值定位为参数，可以使代码更简洁可读，推荐这样做。
接下来我们做ms级和s级模块。
ms和s的难点在于，你需要将cnt_2ms和cnt_2s在最大值时清零。相比之下cnt_2us好办，因为cnt_2us清零本来就是if当中的一种情况。但是！！
cnt_2ms的清零如果也像us级那样写，就像下面这样：
cpp
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) begin
if(!sys_rst)
cnt2 <= 10'd0;
else if(cnt == CNT - 7'd1)
cnt2 <= cnt2 + 10'd1;
else
cnt2 <= 10'b0 ;
end仿真出来就会这样：
会发现cnt_2ms压根连3都数不到！
所以cnt_2ms的清零是有额外条件的，不能简单把它扔到else里。
一种理解方式是：需要cnt_2ms数过 最大值时，才能允许清零。
所以我们可以这样写：
cpp
if(!sys_rst || (cnt2 > CNT2))
cnt2 <= 10'd0;另一种理解方式是从波形图中来的：当cnt_2ms和cnt_2us都数到最大值时，才允许清零。
cpp
if(!sys_rst_n ||
(cnt_2ms == (CNT_2MS_MAX - 10'b1)&& (cnt_2us == (CNT_2US_MAX - 7'b1))))
cnt_2ms <= 10'b0;我把相关字加粗了，大家仔细理解一下~
这两种方式实现的效果难道有区别吗？？
别急~ 我们仿真看一下，第一种：
第二种：
区别很明显了吧......
（悄悄说一句其实第一种这种蹩脚的操作是我写的......）
咳咳，毋庸置疑，第一种也是可以完美实现的！！稀烂
事后我就开始琢磨，为啥我没想到第二种写法呢？
哎~ 其实我刚刚已经透露一点点了。
另一种理解方式是从波形图中来的
个人观点：我是按循环的思路来写的，第二种是按信号状态写的。或许在某种意义上，我仍深陷于软件编程的泥沼......
一起努力吧！
s级和ms级计数器一样一样的，就不废话啦，相信大家现在已经做出来从全灭到全亮的程序啦~
对于逆向过程，只需要设置一个标志位，然后根据标志位对led进行状态翻转即可，也没啥太大难度，大家自己改改调试一下就好。
之前看过不少程序思路分享，我就发现昂，大部分文章中的代码都是一截截的，这样做固然有道理，因为讲解得一段段讲。但对初学者就很不友好，因为我们大部分在学的时候几乎没有能力构建起程序框架，只会抄。所以在这个阶段，我们可能连拼出完整代码的机会都没有。
于是，我决定把整个代码给大家贴出来：
cpp
module breath(
input sys_clk,
input sys_rst,
output reg led
);
reg [6:0] cnt_2us;
reg [9:0] cnt_2ms;
reg [9:0] cnt_2s;
reg flag;
parameter CNT_2US = 7'd100;
parameter CNT_2MS = 10'd1000;
parameter CNT_2S = 10'd1000;
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) begin
if(!sys_rst)
cnt_2us <= 7'd0;
else if(cnt_2us < CNT_2US - 7'd1)
cnt_2us <= cnt_2us + 7'd1;
else
cnt_2us <= 7'd0;
end
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) begin
if(!sys_rst ||
((cnt_2ms == CNT_2MS - 10'd1) &&
(cnt_2us == CNT_2US - 7'd1)))
cnt_2ms <= 10'd0;
else if(cnt_2us == CNT_2US - 7'd1)
cnt_2ms <= cnt_2ms + 10'd1;
else
cnt_2ms <= cnt_2ms;
end
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) begin
if(!sys_rst)begin
cnt_2s <= 10'd0;
flag <= 1'b1;
end
else if((cnt_2us == CNT_2US - 7'd1) &&
(cnt_2ms == CNT_2MS - 10'd1)&&
(cnt_2s == CNT_2S - 10'd1))begin
cnt_2s <= 10'd0;
flag <= ~flag;
end
else if(cnt_2ms == CNT_2MS - 10'd1 && cnt_2us == CNT_2US - 7'd1)
cnt_2s <= cnt_2s + 10'd1;
else
cnt_2s <= cnt_2s;
end
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) begin
if(!sys_rst)
led <= 1'b0;
else if(cnt_2ms < cnt_2s)begin
if(flag)
led <= 1'b1;
else
led <= 1'b0;
end
else begin
if(flag)
led <= 1'b0;
else
led <= 1'b1;
end
end
endmodule我在改代码的过程中，遇到了一些问题，在这里总结一下，也是给大家填填坑~
- 还是多驱动源的问题，不要在多个always块里给一个信号赋值，比如程序中flag的复位，本来放哪里都可以，但因为翻转逻辑在2s那里，所以我写在那。
- cnt_2s清零的条件注意一下，需要当cnt_2us、cnt_2ms和cnt_2s同时达到最大值-1时执行，所以 if 中需要三个条件
仿真波形也很好看：
看到板子上小灯丝滑过度，心里很开心的~~
本文不长，这次的分享也算是对计数器应用的进一步深入，也希望大家能通过练习这个小demo进一步获得水平的提升！
不知道后面会先写状态机还是IP核，可能又要闭关一段时间了，大家期待吧~~
如果有不明白或错误之处，也希望大家在评论区给出，帮助大家的同时也能再次提升自己对于FPGA和Verilog的理解，感谢大家！！
系列链接：
上一篇：Verilog和FPGA的自学笔记8------按键消抖与模块化设计
下一篇：码字ing......