【正点原子FPGA连载】第十二章呼吸灯实验 -摘自【正点原子】新起点之FPGA开发指南_V2.1

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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：

1212.1简介 12.2实验任务 12.3硬件设计 12.4程序设计 12.5下载验证

12.1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。 12.2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。 12.3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。 12.4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       output  led          //LED
6   );
7   
8   //reg define
9   reg  [15:0]  period_cnt ;   //周期计数器频率：1khz 周期:1ms  计数值:1ms/20ns=50000
10  reg  [15:0]  duty_cycle ;   //占空比数值
11  reg          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
18  assign   led = (period_cnt >= duty_cycle) ?  1'b1  :  1'b0;
19  
20  //周期计数器
21  always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
22      if(!sys_rst_n)
23          period_cnt