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1、FPGA学习系列：15. 呼吸灯（pwm）设计设计背景：呼吸灯广泛应用于手机之上，并成为各大品牌新款手机的卖点之一。如果手机里面有未处理的通知，比如说未接来电，未查收的短信等等，呼吸灯就会在控制之下完成由亮到暗的逐渐变化，感觉好像是人在呼吸，起到一个通知提醒的作用。设计原理:关于呼吸灯设计实现的理论主要是PWM有关知识。PWM（Pluse Width Modulation）脉冲宽度调制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。并广泛应用在从测量、通信、功率控制与变换及LED照明等许多领域中。顾名思义，就是占空比可
2、调的信号，那么什么是占空比呢？占空比（Duty Cycle or Duty Ratio），可以解释为，在一脉冲序列中（方波），正脉冲序列的持续时间与脉冲总周期的比值。也可理解为，电路释放能量的有效时间与总释放时间的比值。PWM是怎样实现调光呢？想要调节LED的亮度变化，实则是调节控制流经LED的电流。电流增大则LED亮度增强，反之减弱。但由于电流为模拟信号，所以这时就用到了PWM。正如下图所示：使用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波，脉冲的宽度根据正弦波a的幅度变化，幅度高，则脉冲宽，反之。 多数负载需要的PWM调制频率都高于10Hz，要想实现呼吸灯的效果，必须提高调制频率，通常调制频率为
3、1Khz200Khz之间。在LED控制中PWM作用于电源部分，脉宽调制的脉冲频率通常大于100Hz，人眼就不会感到闪烁。这里我们取PWM调制频率为1KHz，PWM周期为1ms。脉冲频率一定时，输出脉冲的占空比越大，相当于输出的有效电平越大，随着占空比的不同，LED的亮度也将不同。如占空比为0时，则LED不亮，为100%时，则LED最量，我们让占空比从0100%变化，再从100%0不断变化，则就可实现呼吸灯效果。本设计呼吸灯的一个周期为2s，分为占空比增“吸”和占空比减“呼”两种模式，每个为1s，一个PWM周期为2ms，所以每个模式包含1000个PWM周期，将每个PWM周期分为1000份，即每个
4、时间段2us。设计架构图:时钟50M设计代码:设计模块0modulehuxi_led_state(clk,led,rst_n);1 inputclk;2 inputrst_n;34 outputregled;56 parameterT =100_000;78 localparams0 =1b0;9 localparams1 =1b1;1011 reg25:0lw;12 reg25:0hw;1314 reg16:0count;1516 / 产生2MS的脉冲17 always(posedgeclk ornegedgerst_n)18 if(!rst_n)19 begin20 count 52 be
5、gin53 lw 58 begin59 hw 72 begin73 hw 78 begin79 hw 测试模块0timescale1ns/1ps1 modulehuxi_led_state_tb();2 regclk;3 regrst_n;45 wireled;67 parameterT =100_000;89 initialbegin10 clk =1b1;11 rst_n =1b0;1213 #200.1rst_n =1b1;141516 end1718 always#10clk =clk;19202122 huxi_led_state huxi_led_state_date(/例化设计23 .clk(clk),24 .led(led),25 .rst_n(rst_n)26 );27 endmodule仿真图:仿真中可以看到点亮led等高电平在不停的增高，然后会降低，通过验证我们的设计是正确的。