FPGA verilog HDL 呼吸灯及呼吸流水灯实现

项目一：FPGA的呼吸灯实现

          项目介绍：呼吸灯，就是想人们呼吸频率的一种led灯亮灭的一种表现形式。过程是慢慢变亮，然后变亮以后又慢慢变灭的一种过程。很多初学者会认为硬件逻辑语言怎么能控制电流的高低呢，让灯有多亮就调多亮，所以觉得不好实现，其实不用担心，呼吸灯捅破窗户纸就知道，其实是一个很简单的一个小项目，下面我将一步一步的讲解，并且实现。

          项目小知识讲解：本次项目会用到计数器，计时器在我上一个文章里有介绍，这里就不多说了。此外再回顾一下占空比的小知识，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。

假设刚开始时占空比为1％，慢慢的占空比为2％、3％、4％……56％、57％……98％、99％、100％。

这就是LED灯亮的一个过程，我们可以让占空比为1％时，令LED灯亮，其余的部分让LED灭，慢慢的占空比越来越大，亮的部分也越来越多，这就是一个由灭到亮的一个过程。

假设刚开始时占空比为100％，慢慢的占空比为99％、98％、97％……64％、63％……2％、1％、0％。

这就是LED灯灭的一个过程，我们可以让占空比为99％时，令LED灯灭，其余的部分让LED亮，慢慢的占空比越来越小，灭的部分也越来越多，这就是一个由亮到灭的一个过程。

项目设计：

     首先我们要思考，如何设计这样描述的一个过程，很多人应该想到了用计数器，没错，确实要用到计数器。下面我们可以先画一下项目构思前的时序图。

自己手动画的，有点粗糙，就凑合的看一下吧.......时钟的线只是为了对齐，真实的时钟只对着2us计数的一个时钟周期的；比如说晶振为50MHZ，那么每一个时钟周期相当于1/50M=20ns，故第一个计数器为一个2us的计数器，每计100次之后清零；第二个计数器为2ms计数器，每当2us计数器计数100次时，2ms就会增加一次。同理2s计数器也是一样。

我们可以看出，当cnt_2s>=cnt_2ms的部分刚好是我们上面所说的占空比的位置，而且当cnt_2s加到999的时候刚好占空比为100%，所以我们就会多了一个条件，当cnt_2s>=cnt_2ms，我们让LED亮，cnt_2s

一个完整的呼吸灯时间为2s，也就是，由亮变暗需要2s，由暗变亮需要2s；将 2s分为1000等份，也就是由亮变暗，需要1000次的变化，每次为2ms，将,2ms分为1000等份，占空比100%过渡到0%，需要100次的变化，每次为2us；

既然原理差不多有了解，下面我们就开始编程环节了：

上半段只是一个由灭到亮的一个过程，我们下面开始下下半段（有亮到灭的过程），很多人都会觉得那岂不是和上面一样再写很多程序嘛！！！！就不卖关子了，只需要加一个标志位flag就可以了。

记得加了标志位flag的时候，要把标志位flag的判断条件写在LED模块当中。

下面是仿真图

根据仿真图我们可以看到灯只在一小段是亮的，其余的时间都是灭的，故后面也是一样的结果。

上图是全亮的时候准备进行由亮到灭的过程。

 

项目二：双向流水呼吸灯的实现

项目设计：实现流水灯的现象，并且在流水的时候每个LED灯都实现呼吸灯的效果。为了实现这个效果，本次的设计是像踏步一样的小项目，第一个LED灯准备从最亮到灭的那个临界点，第二个LED灯就开始准备由灭到亮的一个过程，全程实现一个双向流水灯的效果，流水到最右边再返回。也就是说0S时第一个LED灯开始亮，到2S时再慢慢熄灭，此时第二个LED灯准备开始慢慢变亮到4S时慢慢熄灭，此时第三个LED灯准备慢慢变亮，以此类推..........

程序设计：流水呼吸灯的方法多种多样，仁者见仁，智者见智。比如将呼吸灯模块例化到顶层模块去设计；用状态机控制每个灯的过程；设置标志位信号，用位拼接的方法去完成呼吸流水灯。此次设计为了方便初学者理解，用一种最简单的方法，加一个计数器，去控制每个灯的变化。

让它每次在每个2S末尾处触发+1，在7的时候清零，共计8个2s；思路在项目设计处有说，只有在每块加一个条件，即可以实现效果，但是在每个cnt计数的时候，要注意第一个项目程序中的flag是1还是0；

效果大概和仿真时一样的（踏雪寻梅的效果），仿真图如下：

下面是用例化到顶层文件实现的流水呼吸灯的仿真：

 

一般很多人看着仿真图便可以将程序写出，若新手不懂的，可以自行下载一下程序，因为程序过长，我将源程序和仿真程序打包上传了，有兴趣的可以自行下载一下：

https://download.csdn.net/download/qq_40261818/10580989

              

 

 

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