1.开发环境

软件：Vivado2019.1
硬件：Zynq7010
仿真：Vivado Simulator

2.预备知识

众所周知，灯的亮度和加在其两端的电压有关。电压越高，亮度越亮，反之越暗。
于是，设计一个呼吸灯就变得很简单了。让IO的输出电平由低到高，再有高到底有规律的变化，就能达到呼吸效果。
现在问题来了，IO的输出电平只有0和3.3V的区别，那么如何让其输出0-3.3V之间的任意电压呢？这就需要用到PWM脉宽调制计数。通俗来讲，就是通过控制一个PWM周期内高电平和低电平的时间来控制其电压。比如一个周期内，高电平时间占50%，那么输出电压为1.65v。

总结：PWM就是在合适的信号频率下，通过一个周期里改变占空比的方式来改变输出的有效电压。

3.思路介绍

一般人眼睛对于80Hz 以上刷新频率则完全没有闪烁感。

举个例子：

如果在1秒内，高电平0.5秒，低电平0.5秒，(频率1Hz)如此反复，那么你看到的电灯就会闪烁，
但是如果是10毫秒内，5毫秒打开，5毫秒关闭，(频率100Hz) 这时候灯光的亮灭速度赶不上开关速度(LED灯还没完全亮就又熄灭了)，由于视觉暂留作用人眼不感觉电灯在闪烁，而是感觉灯的亮度少了。

既然如此，那我们就采用频率为100hz的PWM波形对电压进行调制。对应的周期为10ms，也就是说10ms内灯的亮度不变(占空比不变)，每隔10ms占空比变化一次。如果我们设定满占空比为100，那么整个呼吸灯的周期为2×10ms×100=2s。换句话说，从暗-亮-暗的时间为2s。

ZYNQ的PL端的板载晶振为50mhz，按照以上的思路，我们需要设计一个周期为10ms的定时器，来更新占空比。

设计模块的常量如下：

    parameter CLOCK_FREQ = 50000000;//周期20ms,也就是说20ms内比较值不变parameter PWM_FREQ = 100;//100hz parameter PERIOD = CLOCK_FREQ / PWM_FREQ - 1;//10ms定时计数parameter FULL_DUTY = 100;//满占空比parameter STEP = PERIOD / FULL_DUTY;//步长5000

4.verliog代码

module breath_led(input clk,input rst,output reg [3:0] led);parameter CLOCK_FREQ = 50000000;//周期20ms,也就是说20ms内比较值不变parameter PWM_FREQ = 100;//100hz parameter PERIOD = CLOCK_FREQ / PWM_FREQ - 1;//10ms定时计数parameter FULL_DUTY = 100;//满占空比parameter STEP = PERIOD / FULL_DUTY;//步长5000reg [19:0] compare;reg [19:0] counter;//10ms定时reg [6:0] now_duty;//占空比计数reg flag = 1'b1;//方向标志always@(posedge clk or negedge rst) beginif(!rst) begincompare <= 20'd0;counter <= 20'd0;now_duty <= 7'd0;     endelse begincounter <= counter + 1'b1;if(counter == PERIOD) beginif(flag) beginnow_duty <= now_duty + 1'b1;compare <= compare + 14'd5000;counter <= 20'd0;endelse beginnow_duty <= now_duty - 1'b1;compare <= compare - 14'd5000;counter <= 20'd0;           endend    end   endalways@(counter) beginif(counter < compare) beginled <= 4'b1111;      endelse beginled <= 4'b0000;           endendalways@(now_duty) beginif(now_duty == FULL_DUTY) beginflag = 1'b0;endif(now_duty == 0) beginflag = 1'b1;endendendmodule

5.仿真

testbench文件如下：

`timescale 1ns / 1psmodule breath_led_tb();reg clk_reg;
reg rst_reg;
wire [3:0] led;wire clk;
wire rst;initial begin
clk_reg = 0;
rst_reg = 0;
#10
rst_reg = 1;
endalways #1 clk_reg=~clk_reg;
assign rst = rst_reg;
assign clk = clk_reg;breath_led test
(
.clk(clk),
.rst(rst),
.led(led)
);
endmodule

可以看到占空比由小变大的过程，说明我们的逻辑是正确的。

【FPGA基础】基于PWM脉宽调制的呼吸灯设计（Vivado）相关推荐

基于FPGA的呼吸灯设计
一:背景介绍: 网上类似的标题很多,有一些呼吸灯的设计是基于单片机的,还有一部分设计是基于FPGA的,我也一时手痒,将这两天自己重新写的verilog描述语句晒出来,免得压箱底放久了,出现发霉点. 为 ...
【嵌入式知识12】使用PWM实现LED呼吸灯
本次实验使用TIM3和TIM4,分别输出一个PWM波形,PWM的占空比随时间变化,去驱动外接的一个LED以及最小开发板上已焊接的LED(固定接在 PC13 GPIO端口),实现2个 LED呼吸灯的效果 ...
GD32F303的PWM实现LED呼吸灯的方法
GD32F303的PWM实现LED呼吸灯的方法首先配置TIMER1,定义初始化结构体变量 static void ConfigTIMER1ForPWMPB10(unsigned short arr, ...
小熊派gd32f303学习之旅（7）—使用PWM实现LED呼吸灯
小熊派gd32f303学习之旅(7)-使用PWM实现LED呼吸灯一.前言通过查看gd32f30x的参考手册,可以知道gd32f303的通用定时器和高级定时器可以硬件生成PWM波,然后我们查看gd3 ...
ESP32 Arduino开发之路（2）— 使用PWM实现LED呼吸灯
ESP32 Arduino开发之路(2)- 使用PWM实现LED呼吸灯一.前言在ESP32上有一个LEDC外设模块专用于输出PWM波形,其介绍如下所示: 参考文章:在 ESP32 上使用 LEDC ...
（99）Verilog HDL：呼吸灯设计
(99)Verilog HDL:呼吸灯设计 1.1 目录 1)目录 2)FPGA简介 3)Verilog HDL简介 4)Verilog HDL:呼吸灯设计 5)结语 1.2 FPGA简介 FPGA( ...
声控灯程序C语言,基于51单片机的声控灯设计设计-包含完整设计与指导文件.doc...
基于51单片机的声控灯设计设计-包含完整设计与指导文件工学院毕业设计(论文) 题目:基于单片机的智能光控路灯的设计专业: 机电技术教育班级: *** 姓名: *** 学号: ...
基于STM32F4实现LED呼吸灯效果（PWM）
文章目录前言一.定时器及PWM的概述 1.通用定时器 2.PWM 二.配置步骤及代码实现总结前言今天我们来进行PWM的学习,今天使用到的是通用定时器TIM14 ,在此之前我们已经简单学习过定 ...
启明智显分享| ESP32学习笔记参考--PWM(脉冲宽度调制) 篇，配PWM控制 LED呼吸灯代码示例参考
提示:启明智显专为智能产品提供一站式彩屏显示+连接+云端服务+APP软件开发.维护等解决方案,帮厂商快速实现硬件的智能化.作为启明云端旗下方案公司,我们用心整理了开发小伙伴在开发过程中可能会遇到的问题 ...

【FPGA基础】基于PWM脉宽调制的呼吸灯设计（Vivado）

基于PWM脉宽调制的呼吸灯设计（Vivado）