【【萌新的FPGA学习之呼吸灯实验】】

萌新的FPGA学习之呼吸灯实验

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。
呼吸灯实际展示的效果就是一个 LED 灯的亮度由亮到暗，再由暗到亮的变化过程，并且该过程是循环
往复的，像呼吸一样那么有节奏。 呼吸灯是采用 PWM 的方式，在固定的频率下，通过调整占空比来控制
LED 灯亮度的变化。
PWM（Pulse Width Modulation），即脉冲宽度调制，它是利用微处理器输出的 PWM 信号对模拟电路进
行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。
我在遥控小车控速的时候用PWM控制齿轮的转速 达到控制速度的目的
在由计数器产生固定周期的 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。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。

实验目的：
本节实验任务是使用正点原子 ZYNQ 开发板（核心板）上的 PL LED，实现呼吸灯的效果，即由暗渐亮，然后再由亮渐暗。
我们采用了非常非常 非常巧妙的一般人学不来的方法
本实验中我们将由暗到亮的渐变过程定义为 2s，接下来我们将这 2s 分成 1000 份，就是由暗到亮的渐
变过程中有 1000 个亮度过渡，每一份过渡时间为 2ms；接下开我们再将每一份过渡时间 2ms 均分为 1000
份，每份时间为 2us，我们以 2us 为单位递减 2ms 中的高电平的占空比，随着高电平占空比的不断减少，led
灯的亮度不断变暗。
接下来我们定义一个计数器 cnt_2us，用来产生 2us 的时间；再定义一个计数 cnt_2ms，在 2us 的计数基
础上进行 2ms 计数；最后定义一个计数器 cnt_2s，在 2ms 的计数基础上进行 2s 的计数。
20ns的100倍是 2us 我们以2us 作为最小间隔 1000倍就是2ms 再 1000倍就是 2s 2s是整个呼吸灯的时间

实现要点

我们会惊奇的通过设计控制了 cnt_2ms 和 cnt_2s 都是1000个 我们这样就可以在后续的比较中这么设定
既然 1ms=1000us 那么 cnt_2us 计数从0到999然后把ms+1 诸如此类 接下来 0到999个ms 就计数1s
我们把cnt_2s分段成1000个阶段 既然cnt_ms也是从0转到999才使得cnt_2s +1 那么我们能不能这么设计 假定0是渐亮
那么一开始cnt_2s=0 cnt_2ms从0转到999 1转的时间是2us 那么这一轮 一次都不亮
接下来cnt_2s=1 接下来cnt_2ms 从0转到999 就会有1下的时间小于cnt_2s 那么就会亮2us
以此类推 当cnt_2s=999 cnt_2ms 从0到999 都会小于cnt_2s 就会一直常亮

 module breath_led(
input sys_clk , //系统时钟 50MHz
 input sys_rst_n , //系统复位，低电平有效
output reg led //LED 灯
 );
 
 //parameter define
 parameter CNT_2US_MAX = 7'd100; 
 parameter CNT_2MS_MAX = 10'd1000;
 parameter CNT_2S_MAX = 10'd1000;

 //reg define
 reg [6:0] cnt_2us;
 reg [9:0] cnt_2ms; 
 reg [9:0] cnt_2s; 
 reg inc_dec_flag; //亮度递增/递减 0:递增 1:递减

 //*****************************************************
 //** main code
 //*****************************************************

 //cnt_2us:计数 2us
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 cnt_2us <= 7'b0;
 else if(cnt_2us == (CNT_2US_MAX - 7'b1 ))
 cnt_2us <= 7'b0;
 else
 cnt_2us <= cnt_2us + 7'b1;
 end

 //cnt_2ms:计数 2ms
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 cnt_2ms <= 10'b0;
 else if(cnt_2ms == (CNT_2MS_MAX - 10'b1)
 && cnt_2us == (CNT_2US_MAX - 7'b1))
 cnt_2ms <= 10'b0;
 else if(cnt_2us == CNT_2US_MAX - 7'b1)
 cnt_2ms <= cnt_2ms + 10'b1;
 else
 cnt_2ms <= cnt_2ms;
 end
//cnt_2s:计数 2s
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 cnt_2s <= 10'b0;
 else if(cnt_2s == (CNT_2S_MAX - 10'b1)
 && cnt_2ms == (CNT_2MS_MAX - 10'b1)
 && cnt_2us == (CNT_2US_MAX - 7'b1))
 cnt_2s <= 10'b0;
 else if(cnt_2ms == (CNT_2MS_MAX - 10'b1)
 && cnt_2us == (CNT_2US_MAX - 7'b1))
 cnt_2s <= cnt_2s + 10'b1;
 else
 cnt_2s <= cnt_2s; 
 end

 //inc_dec_flag 为低电平，led 灯由暗变亮，inc_dec_flag 为高电平，led 灯由亮变暗
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 inc_dec_flag <= 1'b0;
 else if(cnt_2s == (CNT_2S_MAX - 10'b1)
 && cnt_2ms ==( CNT_2MS_MAX - 10'b1)
 && cnt_2us == (CNT_2US_MAX - 7'b1))
 inc_dec_flag <= ~inc_dec_flag;
 else
 inc_dec_flag <= inc_dec_flag;
 end

 //led:输出信号连接到外部的 led 灯
 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
 if(!sys_rst_n)
 led <= 1'b0;
 else if((inc_dec_flag == 1'b1 && cnt_2ms >= cnt_2s)
 || (inc_dec_flag == 1'b0 && cnt_2ms <= cnt_2s))
 led <= 1'b1;
 else
 led <= 1'b0;
 end

 endmodule