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学习说明此文档为本人的学习笔记,注重实践,关于理论部分会给出相应的学习链接。
学习视频:是根据野火FPGA视频教程——第十八讲
https://www.bilibili.com/video/BV1nQ4y1Z7zN?p=3
在开发板上实现LED灯实现呼吸灯效果,工作原理是利用PWM来控制小灯在相同的时间段内的不同占空比,即在同样小时间段内,小灯亮的时间依次增加到最大后再依次减少,从而实现渐亮到渐灭的“呼吸”效果。
这里采用野火的升腾mini板进行实验
led灯原理图
PWM占空比控制灯亮的程度,假设led灯亮1s灭1s,实现渐亮与渐灭,由于两者类似只说渐亮。
为使渐亮的更细腻,这里将1s分为1000份,即1ms为一个时间周期,控制1ms时间内的导通时间即可以控制led灯的亮度,这里将1ms分为1000个小段(即1us),控制渐亮如:第一个1ms内让其导通1us;第二个1ms内导通2us;第三个1ms内导通3us;......;第1000个1ms内导通999us。逐渐,变灭与之相反。为区分渐亮与渐灭的时间,这里添加1s的时间标志cnt_en,1s后标志进行取反,当高电平时执行渐亮,当低电平时执行渐灭
为了便于仿真代码对程序进行仿真,这里将计数器最大常数用parameter在模块前定义
- 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 [5:0] cnt_1us;
- reg [9:0] cnt_1ms;
- reg [9:0] cnt_1s;
- reg cnt_en;
- //us计数器
- 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 + 6'd1;
- //ms计数器
- always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
- if(sys_rst_n == 1'b0)
- cnt_1ms <= 10'd0;
- else if((cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX))
- cnt_1ms <= 10'd0;
- else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX)
- cnt_1ms <= cnt_1ms + 10'd1;
- else
- cnt_1ms <= cnt_1ms;
- //s计数器
- always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
- if(sys_rst_n == 1'b0)
- cnt_1s <= 10'd0;
- else if((cnt_1us == CNT_1US_MAX)
- && (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX)
- && (cnt_1s == CNT_1S_MAX))
- cnt_1s <= 10'd0;
- else if((cnt_1us == CNT_1US_MAX) && (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX))
- cnt_1s <= cnt_1s + 10'd1;
- else
- cnt_1s <= cnt_1s;
- //添加渐亮与渐灭标志
- always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
- if(sys_rst_n == 1'b0)
- cnt_en <= 1'b1;
- else if((cnt_1us == CNT_1US_MAX)
- &&(cnt_1ms == CNT_1MS_MAX)
- &&(cnt_1s == CNT_1S_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'b0; //led灯熄灭
- else if((cnt_en == 1'b1) && (cnt_1ms <= cnt_1s)
- ||(cnt_en == 1'b0) && (cnt_1ms > cnt_1s))
- led_out <= 1'b1;
- else
- led_out <= 1'b0;
- endmodule
在编写代码时遇到的问题: cnt_1us <= cnt_1us + 6'd1; cnt_1us = cnt_1us + 6'd1;
将代码中的阻塞赋值错写成了非阻塞赋值,“cnt_1us = cnt_1us + 6'd1;”该语句只有在执行完后才能执行后面的其他赋值语句,这样就会导致cnt_1us在最大时刻的前面和后面都会出现cnt_1ms出现跳变的现象,阻塞赋值判断的并不是该时刻的前状态,而是执行完的后状态。
为了方便仿真代码的实现,这里修改最大值常数变为2,5,5
- `timescale 1ns / 1ns
- //
- // Company: 追逐者——桥的小作坊
- // Create Date: 2022/05/13 21:26:31
- // Design Name: 呼吸灯
- // Module Name: tb_breath_led
- //
- 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'd2 ),
- .CNT_1MS_MAX(10'd5),
- .CNT_1S_MAX (10'd5)
- )
- breath_led_inst
- (
- .sys_clk (sys_clk ),
- .sys_rst_n(sys_rst_n),
- .led_out (led_out )
- );
- endmodule
如图可知三个计数器的计数波形是正确的,输出与绘制的原理图也相同。
Ctrl+s进行保存
生成bit流文件,连接板卡,下载程序
PFGA—呼吸灯实现
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