Lattice MXO2: LED呼吸燈
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呼吸燈：本節(jié)，我們將通過脈寬調(diào)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)“呼吸燈”，實(shí)現(xiàn)LED的亮度由最暗逐漸增加到最亮，再逐漸變暗的過程。 脈沖寬度調(diào)制(PWM:Pulse Width Modulation)，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微控制器的數(shù)字輸出調(diào)制實(shí)現(xiàn)，是對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量、通信、功率控制與變換等眾多領(lǐng)域。
硬件說明
呼吸燈的設(shè)計(jì)較為簡單，我們使用12MHz的系統(tǒng)時鐘作為高頻信號做分頻處理，調(diào)整占空比實(shí)現(xiàn)PWM，通過LED燈LD1指示輸出狀態(tài)。
本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/202311/452950.htm
實(shí)現(xiàn)原理如上圖所示，脈沖信號的周期為T，高電平脈沖寬度為t，占空比為t/T。為了實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制，我們需要保持周期T不變，調(diào)整高電平脈寬t的時間，從而改變占空比。
結(jié)合呼吸燈的原理，整個呼吸的周期為最亮→最暗→最亮的時間，即t的值的變化：0→T→0逐漸變化，這個時間應(yīng)該為2s
呼吸燈設(shè)計(jì)要求呼吸的周期為2s，也就是說LED燈從最亮的狀態(tài)開始，第一秒時間內(nèi)逐漸變暗，第二秒的時間內(nèi)再逐漸變亮，依次進(jìn)行。
本設(shè)計(jì)中需要兩個計(jì)數(shù)器cnt1和cnt2，cnt1隨系統(tǒng)時鐘同步計(jì)數(shù)（系統(tǒng)時鐘上升沿時cnt1自加1）范圍為0~T，cnt2隨cnt1的周期同步計(jì)數(shù)（cnt1等于T時，cnt2自加1）范圍也是0~T，這樣每次cnt1在0~T的計(jì)數(shù)時，cnt2為一個固定值，相鄰cnt1計(jì)數(shù)周期對應(yīng)的cnt2的值逐漸增大，我們將cnt1計(jì)數(shù)0~T的時間作為脈沖周期，cnt2的值作為脈沖寬度，則占空比 = cnt2/T,占空比從0%到100%的時間 = cnt2*cnt1 = T^2 = 1s = 12M個系統(tǒng)時鐘，T = 2400，我們定義CNT_NUM = 2400作為兩個計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)最大值。
Verilog代碼
// ******************************************************************** // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< // ******************************************************************** // File name : breath_led.v // Module name : breath_led // Author : STEP// Description : // // -------------------------------------------------------------------- // Code Revision History : // -------------------------------------------------------------------- // Version: |Mod. Date: |Changes Made: // V1.0 |2017/03/02 |Initial ver // -------------------------------------------------------------------- // Module Function:呼吸燈 module breath_led(clk,rst,led); input clk; //系統(tǒng)時鐘輸入 input rst; //復(fù)位輸出 output led; //led輸出 reg [24:0] cnt1; //計(jì)數(shù)器1 reg [24:0] cnt2; //計(jì)數(shù)器2 reg flag; //呼吸燈變亮和變暗的標(biāo)志位 parameter CNT_NUM = 2400; //計(jì)數(shù)器的最大值 period = (2400^2)*2 = 24000000 = 2s //產(chǎn)生計(jì)數(shù)器cnt1 always@(posedge clk or negedge rst) begin if(!rst) begin cnt1<=13'd0; end else if(cnt1>=CNT_NUM-1) cnt1<=1'b0; else cnt1<=cnt1+1'b1; end //產(chǎn)生計(jì)數(shù)器cnt2 always@(posedge clk or negedge rst) begin if(!rst) begin cnt2<=13'd0; flag<=1'b0; end else if(cnt1==CNT_NUM-1) begin //當(dāng)計(jì)數(shù)器1計(jì)滿時計(jì)數(shù)器2開始計(jì)數(shù)加一或減一 if(!flag) begin //當(dāng)標(biāo)志位為0時計(jì)數(shù)器2遞增計(jì)數(shù)，表示呼吸燈效果由暗變亮 if(cnt2>=CNT_NUM-1) //計(jì)數(shù)器2計(jì)滿時，表示亮度已最大，標(biāo)志位變高，之后計(jì)數(shù)器2開始遞減 flag<=1'b1; else cnt2<=cnt2+1'b1; end else begin if(cnt2<=0) //當(dāng)標(biāo)志位為高時計(jì)數(shù)器2遞減計(jì)數(shù) flag<=1'b0; //計(jì)數(shù)器2級到0，表示亮度已最小，標(biāo)志位變低，之后計(jì)數(shù)器2開始遞增 else cnt2<=cnt2-1'b1; end end else cnt2<=cnt2; //計(jì)數(shù)器1在計(jì)數(shù)過程中計(jì)數(shù)器2保持不變 end //比較計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2的值產(chǎn)生自動調(diào)整占空比輸出的信號，輸出到led產(chǎn)生呼吸燈效果 assign led = (cnt1<cnt2)?1'b0:1'b1; endmodule
引腳分配
小結(jié)
脈寬調(diào)制是一種值得廣大工程師在許多應(yīng)用設(shè)計(jì)中使用的有效技術(shù)，你也可以根據(jù)本節(jié)介紹的流水燈程序，實(shí)現(xiàn)RGB三色燈的呼吸。在下一小節(jié)我們會學(xué)習(xí)狀態(tài)機(jī)的使用方法：交通燈的設(shè)計(jì)。
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