Lattice MXO2: LED呼吸燈

呼吸燈的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，我們使用12MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘作為高頻信號(hào)做分頻處理，調(diào)整占空比實(shí)現(xiàn)PWM，通過(guò)LED燈LD1指示輸出狀態(tài)。

實(shí)現(xiàn)原理如上圖所示，脈沖信號(hào)的周期為T(mén)，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(shí)間，從而改變占空比。

• 當(dāng)t = 0時(shí)，占空比為0%，因?yàn)槲覀兊腖ED硬件為低電平點(diǎn)亮，所以為最亮的狀態(tài)。
• 當(dāng)t = T時(shí)，占空比為100%，LED燈為最暗（熄滅）的狀態(tài)。

結(jié)合呼吸燈的原理，整個(gè)呼吸的周期為最亮→最暗→最亮的時(shí)間，即t的值的變化：0→T→0逐漸變化，這個(gè)時(shí)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(shuō)LED燈從最亮的狀態(tài)開(kāi)始，第一秒時(shí)間內(nèi)逐漸變暗，第二秒的時(shí)間內(nèi)再逐漸變亮，依次進(jìn)行。

本設(shè)計(jì)中需要兩個(gè)計(jì)數(shù)器cnt1和cnt2，cnt1隨系統(tǒng)時(shí)鐘同步計(jì)數(shù)（系統(tǒng)時(shí)鐘上升沿時(shí)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(shí)，cnt2自加1）范圍也是0~T，這樣每次cnt1在0~T的計(jì)數(shù)時(shí)，cnt2為一個(gè)固定值，相鄰cnt1計(jì)數(shù)周期對(duì)應(yīng)的cnt2的值逐漸增大，我們將cnt1計(jì)數(shù)0~T的時(shí)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(shí)間 = cnt2*cnt1 = T^2 = 1s = 12M個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，T = 2400，我們定義CNT_NUM = 2400作為兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)最大值。

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// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
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// File name    : breath_led.v
// Module name  : breath_led
// Author       : STEP// Description  : 
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// Code Revision History : 
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// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
// V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
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// Module Function:呼吸燈
module breath_led(clk,rst,led); 	
input clk;             //系統(tǒng)時(shí)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(mǎn)時(shí)計(jì)數(shù)器2開(kāi)始計(jì)數(shù)加一或減一
			if(!flag) 
			begin            //當(dāng)標(biāo)志位為0時(shí)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(mǎn)時(shí)，表示亮度已最大，標(biāo)志位變高，之后計(jì)數(shù)器2開(kāi)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(shí)計(jì)數(shù)器2遞減計(jì)數(shù)
					flag<=1'b0;		   //計(jì)數(shù)器2級(jí)到0，表示亮度已最小，標(biāo)志位變低，之后計(jì)數(shù)器2開(kāi)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(guò)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(dòng)調(diào)整占空比輸出的信號(hào)，輸出到led產(chǎn)生呼吸燈效果
	assign	led = (cnt1<cnt2)?1'b0:1'b1; 
	endmodule

引腳分配如下：

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(huì)學(xué)習(xí)狀態(tài)機(jī)的使用方法：交通燈的設(shè)計(jì)。