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本帖最后由 正点原子 于 2021-1-25 18:35 编辑
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第十二章呼吸灯实验
呼吸灯最早由苹果公司发明并应用于笔记本睡眠提示上,其一经展出,立刻吸引众多科技厂商争相效仿,并广泛用于各种电子产品中,尤其是智能手机。呼吸灯其实是在微处理器的控制下,由暗渐亮、然后再由亮渐暗,模仿人呼吸方式的LED灯。
本章分为以下几个章节:
1212.1简介
12.2实验任务
12.3硬件设计
12.4程序设计
12.5下载验证
12.1简介
呼吸灯采用PWM的方式,在固定的频率下,通过调整占空比的方式来控制LED灯亮度的变化。PWM(Pulse Width Modulation),即脉冲宽度调制,它利用微处理器输出的PWM信号,实现对模拟电路控制的一种非常有效的技术,广泛应用于测量、通信、功率控制等领域。
在由计数器产生的固定周期的PWM信号下,如果其占空比为0,则LED灯不亮;如果其占空比为100%,则LED灯最亮。所以将占空比从0到100%,再从100%到0不断变化,就可以实现LED灯的“呼吸”效果。
PWM占空比调节示意图如下图所示:
图 12.1.1 呼吸灯PWM占空比示意图
由上图可知,LED高电平的时间由长渐渐变短,再由短渐渐变长,如果LED灯是高电平点亮,则LED灯会呈现出亮度由亮到暗,再由暗到亮的过程。
12.2实验任务
本节实验任务是使用达芬奇开发板上的LED,实现呼吸灯的效果,即由灭渐亮,然后再由亮渐灭。
12.3硬件设计
LED原理图与“流水灯实验”完全相同,请参考“流水灯实验”硬件设计部分。由于LED灯在前面相应的章节中已经给出它们的管脚列表,这里不再列出管脚分配。
12.4程序设计
本次实验的模块端口及结构框图如下图所示。
图 12.4.1 模块端口及信号连接图
周期信号计数器用于产生驱动LED的脉冲信号,本次实验的周期信号频率为1Khz,其占空比由后级逻辑在每个周期之后进行递增或递减,最后再对当前计数值和占空比计数值进行比较,以输出占空比可调的脉冲信号。
呼吸灯代码如下:
- 1 module breath_led(
- 2 input sys_clk , //时钟信号50Mhz
- 3 input sys_rst_n , //复位信号
- 4
- 5 output led //LED
- 6 );
- 7
- 8 //reg define
- 9 reg [15:0] period_cnt ; //周期计数器频率:1khz 周期:1ms 计数值:1ms/20ns=50000
- 10 reg [15:0] duty_cycle ; //占空比数值
- 11 reg inc_dec_flag ; //0 递增 1 递减
- 12
- 13 //*****************************************************
- 14 //** main code
- 15 //*****************************************************
- 16
- 17 //根据占空比和计数值之间的大小关系来输出LED
- 18 assign led = (period_cnt >= duty_cycle) ? 1'b1 : 1'b0;
- 19
- 20 //周期计数器
- 21 always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
- 22 if(!sys_rst_n)
- 23 period_cnt <= 16'd0;
- 24 else if(period_cnt == 16'd50000)
- 25 period_cnt <= 16'd0;
- 26 else
- 27 period_cnt <= period_cnt + 1'b1;
- 28 end
- 29
- 30 //在周期计数器的节拍下递增或递减占空比
- 31 always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
- 32 if(!sys_rst_n) begin
- 33 duty_cycle <= 16'd0;
- 34 inc_dec_flag <= 1'b0;
- 35 end
- 36 else begin
- 37 if(period_cnt == 16'd50000) begin //计满1ms
- 38 if(inc_dec_flag == 1'b0) begin //占空比递增状态
- 39 if(duty_cycle == 16'd50000) //如果占空比已递增至最大
- 40 inc_dec_flag <= 1'b1; //则占空比开始递减
- 41 else //否则占空比以25为单位递增
- 42 duty_cycle <= duty_cycle + 16'd25;
- 43 end
- 44 else begin //占空比递减状态
- 45 if(duty_cycle == 16'd0) //如果占空比已递减至0
- 46 inc_dec_flag <= 1'b0; //则占空比开始递增
- 47 else //否则占空比以25为单位递减
- 48 duty_cycle <= duty_cycle - 16'd25;
- 49 end
- 50 end
- 51 end
- 52 end
- 53
- 54 endmodule
复制代码
第21-28行是1KHz周期信号的计数器,用于产生1KHz的LED驱动信号。第31-52行的always块为占空比设定模块,每次计数完了一个周期,就根据递增/递减标志来对占空比计数值(duty_cycle)进行递增/递减25个计数值,这个递增或者递减的数值大小可以用来控制呼吸灯的呼吸频率。
如果占空比计数值(duty_cycle)已经递增到了最大,则呼吸灯已经处于最亮的状态,接下来开始递减;反之,如果占空比计数至已经递减到了最小,即0,则呼吸灯处于熄灭的状态,接下来开始递增;如此循环往复,最终实现了流水灯的效果。
在代码的第18行通过组合逻辑把当前的周期计数值和占空比计数值进行比较,来判断LED的输出电平。在一个周期内,如果当前的周期计数值小于等于占空比计数值,则LED输出高电平,即点亮;如果当前的周期计数值大于占空比计数值,则LED输出低电平,即熄灭。
12.5下载验证
编译工程并生成比特流.bit文件。将下载器一端连接电脑,另一端与开发板上的JTAG下载口连接,连接电源线,并打开开发板的电源开关。
点击Vivado左侧“Flow Navigator”窗口最下面的“Open Hardware Manager”,此时Vivado软件识别到下载器,点击“Hardware”窗口中“Progam Device”下载程序,在弹出的界面中选择“Program”下载程序。
程序下载完成后,可以看到达芬奇开发板上的LED灯由暗慢慢变亮,再由亮慢慢变暗,即呈现出“呼吸”的效果,如下图所示:
图 12.5.1 开发板实验现象
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阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!
知道什么是神吗?其实神本来也是人,只不过神做了人做不到的事情 所以才成了神。 (头文字D, 杜汶泽)
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