001：FPGA入門——呼吸燈

　　在一家作嵌入式公司實習已經兩個月了，須要學習整理的東西不少。決定堅持寫一些總結，留下一些記憶更有意義。呼吸燈這個題目剛拿到沒有思路，網上的參考示例也沒有找到合適的，不過最後找到一個YHXT機構（不是廣告，很簡單的實現了這個功能，放到博客一塊兒學習。控制LED的亮度變化，就是要控制電壓，讓電壓高低變化，是一個電壓從低到高再到低的一個線性變換過程。這裏用PWM控制電壓最合適。產生PWM須要分別產生載波信號和調製信號，最後對二者的大小進行比較產生pwm。

　　載波：用cnt1計數器生成一個鋸齒波就是載波。這裏計數器cnt1從0開始計數到N,計數到最大值再次從0開始計數，不斷的循環計數。cnt1的最大值是N-1。根據你的時鐘（系統時鐘，FPGA的工做時鐘，大多狀況是50mhz，我這裏用的是40mhz，25ns)來計數，每來一次時鐘上升沿計數器加一。那麼從0到N-1，所需的時間就是N*T。這個就是一個鋸齒波的週期。

　　調製信號：呼吸燈是一個亮度又低到高再到低的過程，這裏再用一個計數器cnt2生成一個三角波，這個三角波的週期就是呼吸燈工做一次的週期。三角波計數器從0到最大值N ,至關於對調製信號N等份，每個等份是一個載波週期。這裏有一個公式   N^2 * T = 呼吸燈週期/2 。知道呼吸燈週期和時鐘的狀況下容易獲得計數器最大值N。（這裏爲了方便，我設置整個led週期5s,T = 25ns,則N = 10000。）這裏至關於cnt1計數到最大值，cnt2加一。當cnt2從0計數到N-1的過程就是一個上升的斜線，由N-1遞減到0就是降低的斜線。在cnt2計數到最大值時設置一個標誌位信號flag，flag爲1，表明開始遞減。

　　大小比較：經過載波和調製信號的大小比較，就能夠生成一個pwm波。載波大於調製信號時，pwm = 0,載波小於調製信號時，pwm =1。

 

 

verilog邏輯代碼：

module hxled(clk,led1,led2); input clk;//系統時鐘40mhz output led1; output led2;//這裏兩個led交替呼吸 reg [13:0]cnt1; reg [13:0]cnt2; reg flag;//標誌位 parameter N = 10000;// 計數值最大值，一次暗亮暗的時間是5s //cnt1 always@(posedge clk) begin if(cnt1 == N - 1) cnt1 <= 1'b0; else cnt1 <= cnt1 + 1'b1; end //cnt2 always@(posedge clk) begin if(cnt1 == N - 1) //cnt1計滿一次 cnt2才遞增或遞減 begin if(!flag)//標誌位爲0時 cnt2加狀態 begin if(cnt2 == N - 1) flag <= 1'b1;//cnt2計滿時 標誌位拉高 else cnt2 <= cnt2 + 1'b1; end else begin if(cnt2 == 0) flag <= 1'b0; else cnt2 <= cnt2 - 1'b1; end end else cnt2 <= cnt2; end assign led1 = (cnt1 < cnt2)?1'b1:1'b0;//大小比較 assign led2 = ~led1;//兩個燈交替呼吸 endmodule

testbench文件：

`timescale 1ns/1ps `define clock_period 25 module hxled_tb; reg clk; wire led1; wire led2; hxled u1( .clk(clk), .led1(led1), .led2(led2) ); initial clk = 1; always# (`clock_period/2) clk = ~clk; endmodule

　　此次波形比較簡單就不分析仿真波形了，板級驗證經過，要注意quartus軟件的操做。不一樣的工做時鐘能夠更改一下計數器值，也能夠加入復位信號。若是實驗現象不明顯多是計數器值設置的問題。

　　再次感謝YH學堂 此次學習 瞭解如何用計數器產生載波信號 調製信號 如何產生PWM 以及控制呼吸燈的原理。