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      Altera MAX10: LED呼吸燈

      作者:時間:2023-11-16來源:電子森林收藏

      呼吸燈的設計較為簡單,我們使用12MHz的系統時鐘作為高頻信號做分頻處理,調整占空比實現PWM,通過LED燈LD1指示輸出狀態。

      本文引用地址:http://www.sonshinechristianacademy.com/article/202311/452959.htm

      LED電路連接

      脈沖信號有效值

      實現原理如上圖所示,脈沖信號的周期為T,高電平脈沖寬度為t,占空比為t/T。為了實現PWM脈寬調制,我們需要保持周期T不變,調整高電平脈寬t的時間,從而改變占空比。

      • 當t = 0時,占空比為0%,因為我們的LED硬件為低電平點亮,所以為最亮的狀態。

      • 當t = T時,占空比為100%,LED燈為最暗(熄滅)的狀態。

      結合呼吸燈的原理,整個呼吸的周期為最亮→最暗→最亮的時間,即t的值的變化:0→T→0逐漸變化,這個時間應該為2s

      呼吸燈程序設計

      呼吸燈設計要求呼吸的周期為2s,也就是說LED燈從最亮的狀態開始,第一秒時間內逐漸變暗,第二秒的時間內再逐漸變亮,依次進行。

      本設計中需要兩個計數器cnt1和cnt2,cnt1隨系統時鐘同步計數(系統時鐘上升沿時cnt1自加1)范圍為0~T,cnt2隨cnt1的周期同步計數(cnt1等于T時,cnt2自加1)范圍也是0~T,這樣每次cnt1在0~T的計數時,cnt2為一個固定值,相鄰cnt1計數周期對應的cnt2的值逐漸增大,我們將cnt1計數0~T的時間作為脈沖周期,cnt2的值作為脈沖寬度,則占空比 = cnt2/T,占空比從0%到100%的時間 = cnt2*cnt1 = T^2 = 1s = 12M個系統時鐘,T = 2400,我們定義CNT_NUM = 2400作為兩個計數器的計數最大值。

      PWM呼吸燈原理

      // ********************************************************************
      // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
      // ********************************************************************
      // File name    : breath_led.v
      // Module name  : breath_led
      // Author       : STEP
      // Description  : 
      // 
      // --------------------------------------------------------------------
      // Code Revision History : 
      // --------------------------------------------------------------------
      // Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
      // V1.0     |2017/03/02   |Initial ver
      // --------------------------------------------------------------------
      // Module Function:呼吸燈
      module breath_led(clk,rst,led); 
      input clk;             //系統時鐘輸入
      input rst;             //復位輸出
      output led;            //led輸出 
      reg [24:0] cnt1;       //計數器1
      reg [24:0] cnt2;       //計數器2
      reg flag;              //呼吸燈變亮和變暗的標志位 
      parameter   CNT_NUM = 2400; //計數器的最大值 
      period = (2400^2)*2 = 24000000 = 2s
      //產生計數器cnt1
      always@(posedge clk or negedge rst) begin 
      if(!rst) 
      begin
      cnt1<=13'd0;
      end 
                      else begin
           if(cnt1>=CNT_NUM-1) 
                              cnt1<=1'b0;
           else 
                              cnt1<=cnt1+1'b1; 
                          end
      end  //產生計數器cnt2
      always@(posedge clk or negedge rst) 
      begin 
      if(!rst) begin
      cnt2<=13'd0;
      flag<=1'b0;
      end 
                      else begin
           if(cnt1==CNT_NUM-1) begin              //當計數器1計滿時計數器2開始計數加一或減一
      if(!flag) begin                     //當標志位為0時計數器2遞增計數,表示呼吸燈效果由暗變亮
      if(cnt2>=CNT_NUM-1)         //計數器2計滿時,表示亮度已最大,標志位變高,之后計數器2開始遞減
                                          flag<=1'b1;
      else
                                          cnt2<=cnt2+1'b1;
      end else begin                     //當標志位為高時計數器2遞減計數
      if(cnt2<=0)                //計數器2級到0,表示亮度已最小,標志位變低,之后計數器2開始遞增
                                          flag<=1'b0;
      else 
                                          cnt2<=cnt2-1'b1;
      end
      end
                                  else cnt2<=cnt2;              //計數器1在計數過程中計數器2保持不變
      end
      end  //比較計數器1和計數器2的值產生自動調整占空比輸出的信號,輸出到led產生呼吸燈效果
      assign led = (cnt1<cnt2)?1'b0:1'b1; 
      endmodule

      引腳分配如下:

      管腳名稱clkrstled
      FPGA管腳J5J9N15

      脈寬調制是一種值得廣大工程師在許多應用設計中使用的有效技術,你也可以根據本節介紹的流水燈程序,實現RGB三色燈的呼吸。在下一小節我們會學習狀態機的使用方法:交通燈的設計。



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