呼吸灯的verilog实现_verilog呼吸灯

呼吸灯

1.简介

呼吸灯效果是小灯在一段时间内从完全熄灭的状态逐渐变到最亮，再在同样的时间段内逐渐达到完全熄灭的状态，并循环往复。这种效果就像“呼吸”一样，有张有弛，而且给人一种很舒服的感觉。其工作原理是利用PWM来控制小灯在相同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小，从而实现渐亮到渐灭的“呼吸”效果。

2.波形图绘制

在画波形之前，我们先分析一下该如何才能让 led灯实现“呼吸”的效果。整个呼吸灯“呼吸”的效果分为两部分，一个过程是从灭到亮，另一个过程是从亮到灭。为了把复杂的问题简单化，我们把led整个“呼吸”的动作进行分解，先分析从灭到亮的过程，而从亮到灭则是与之相反的一个过程。

为了让“呼吸”的效果表达的比较完美，我们把从灭到亮的时间设置为1s，也就是led灯在1s的时间内完成从灭到亮的效果，同理从亮到灭也是一样的时间。

怎么该如何具体实现？首先我们需要在1s的时间内产生很多个时间相等的小段，然后控制每个时间小段中低电平持续的时间渐渐增加就可以了。为了让“呼吸”效果显得更加细腻，我们把1s的时间分成1000个时间相等的时间小段，每个小段的时间就是1ms，这1000个1ms的时间小段中低电平持 续的时间还不能相等，要有一个从少到多渐渐递增的关系，为了让1000个1ms的时间小段都不一样，我们就需要将1ms再分成1000个时间小段，那么每一个时间小段就是1us， 在逐渐变亮的过程中我们可以让led灯在第1个1ms的时间小段内亮0us，即全灭；第2个1ms的时间小段亮1us；第3个1ms的时间 小段亮2us，……，第998个1ms的时间小段亮997us，第999个1ms的时间小段亮998us，第1000个1ms的时间小段亮999us。在逐渐变灭的过程中同理，我们划分的等级越多，“呼吸”的就越顺畅，看上去的效果就越好，但是人眼的分辨率的有限的，当大于这个分辨率人眼就看不出来这种差异了。

下面我们开始进行波形的绘制，首先画出输入时钟和复位的波形，根据分析我们至少需要设计三个计数器，分别为用于计数从灭到亮1s时间的cnt_1s计数器、用于划分1000个1ms时间小段的cnt_1ms计数器和用于划分1000个1us时间小段的cnt_1us计数器。然后就是要确定每个计数器计数开始和清零的条 件。我们先画出cnt_1us计数器的波形，根据50MHz的时钟计算得需要计50个数，即计数器从0计数到49，只要不复位则计数器一直计数，cnt_1us计数器计数满即可清零。接下来就是产生cnt_1ms计数器的波形，我们想是不是可以利用已经产生好的cnt_1us计数器来产生cnt_1ms计数器呢？答案 是当然可以的，我们完全没有必要再重新产生一个计数1ms的计数器，而是利用已经做好的1us计数器，根据cnt_1us计数器的时间计算得每当cnt_1us计数器计数到49时cnt_1ms计数器加1，cnt_1ms计数器计数到999且cnt_1us计数器同时也计数到49时cnt_1ms计数器才能清零，如果 少了cnt_1us计数器计数到49这个条件，仿真时会发现最后一个1ms的时间小段是不够1ms时间的。我们也用同样的方法产生cnt_1s计数器，每当cnt_1ms计数器计数到999且cnt_1us计数器计数到49时cnt_1s计数器加1，cnt_1s计数器计数到999且cnt_1ms计数器计数到999 且cnt_1us计数器计数到49三个条件同时满足时cnt_1s计数器清零（条件如此多的原因和cnt_1us计数器的分析是相同的，编写代码仿真时可以观察效果）。

完全熄灭~完全点亮的波形图

cnt_1s计数器：  1s分成了1千份，每个T就是1ms，份数分的越大，呼吸效果越细腻

cnt_1ms计数器：计数1ms时的0—999单位是1Us,加一起就是1ms.以此类推，1s

cnt_1us计数器： 0.000 001 微秒/0.000_000_02s=50个

led_out：       当1ms计数值小于1s计数值时，给led低电平，这样低电平的时间越来越长

cnt_1s_en：   呼吸灯有两个部分组成，怎么区分2个过程尼？因此加入使能信号，初值为低电平,当1s计数器到最大值时进行取反，其他时刻保持不变，当使能信号为高电平时表示完全熄灭~完全点亮这个过程。

完全点亮~完全熄灭的波形图

3.代码

仿真代码