zedboard上呼吸灯的实现（第二版）
根据野火的教程改编而来，端口信号时钟信号和复位信号，输出信号连接到板子上的LED灯。呼吸灯呼吸效果分为完全熄灭和完全点亮两个过程，通过控制PWM的占空比来控制灯的亮灭程度，将第一个状态完全熄灭的时间定义为一个周期T。接下来保持一段时间的低电平，比如十分之一周期的低电平，表示点亮一段时间（野火低电平点亮LED）。设置完全熄灭到完全点亮时间为1s故需要一个计数器cnt_1s，分成1000份将1s/1000得到T=1ms故需要一个计数器cnt_1ms，每次增加的点亮时间分为1000份得1ms/1000=1us故需要一个计数器cnt_1us，通过三个计数器变量得到输出的波形。
通过cnt_1us来设置cnt_1ms和cnt_1s，cnt_1us计满一个周期cnt_1ms自加1，自加1000次得到cnt_1ms。cnt_1ms计满一个周期cnt_1s自加1，自加1000次得到cnt_1s，这样可以减少逻辑资源，cnt_1ms和cnt_1s最大值为999，如果根据时钟周期计数，cht_1s是最大的。时钟频率50MHz则周期20ns，1us就是50个时钟周期，从0开始计数最大值为49，定义参数
CNT_1US_MAX = 6'd49，方便实例化和testbench仿真。
为了实现PWM，每一个T间隔内低电平时间成倍的增长，设置当1ms计数值小于等于1s的计数值保持低电平
对这个过程进行取反，就能得到从完全点亮到完全熄灭的过程
定义数据位宽
计数器部分代码编写，采用异步复位
- cnt_1us计数到最大值时清零而cnt_1ms只有当cnt_1ms和cnt_1us同时计数到最大值时cnt_1ms才清零
else if( (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX) )cnt_1ms <= 10'd0;- 当cnt_1us计数到最大值时cnt_1ms才能自加1
else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX)cnt_1ms <= cnt_1ms + 10'd1;- 其他时刻保持值不变
else cnt_1ms <= cnt_1ms;- cnt_1s需要等到三个计数器同时计数到最大值才清零
else if( (cnt_1s == CNT_1S_MAX) && (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX) )cnt_1s <= 10'd0;- 只有等到1us计数器和1ms计数器计数到最大值才能自加
else if((cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX))cnt_1s <= cnt_1s + 10'd1;用cnt_en区分完全熄灭到完全点亮和完全点亮到完全熄灭这两个过程，cnt_en=0表示完全熄灭到完全点亮这个过程。当1s计数器计数到最大值时对它进行取反，其他时刻保持不变
else if((cnt_1s == CNT_1S_MAX) && (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX))cnt_en <= ~cnt_en;
- 当cnt_en为0且cnt_1ms <= cnt_1s时LED亮起当cnt_en为1且cnt_1ms > cnt_1sLED亮起
else if( ((cnt_en == 1'b0) && (cnt_1ms <= cnt_1s)) || ((cnt_en == 1'b1) && (cnt_1ms > cnt_1s)))led_out <= 1'b1;
- 这是未修改前的代码和仿真波形的测试文件
module breath_led#(parameter CNT_1US_MAX = 6'd49,parameter CNT_1MS_MAX = 10'd999,parameter CNT_1S_MAX = 10'd999)(input wire sys_clk,input wire sys_rst,output reg led_out);reg [9:0] cnt_1s = 10'd0;reg [9:0] cnt_1ms = 10'd0;reg [5:0] cnt_1us = 6'd0;reg cnt_en = 1'b0;always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)cnt_1us <= 6'd0;else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX)cnt_1us <= 6'd0;else cnt_1us <= cnt_1us + 6'd1;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)cnt_1ms <= 10'd0;else if( (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX) )cnt_1ms <= 10'd0;else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX)cnt_1ms <= cnt_1ms + 10'd1;else cnt_1ms <= cnt_1ms;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)cnt_1s <= 10'd0;else if( (cnt_1s == CNT_1S_MAX) && (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX) )cnt_1s <= 10'd0;else if((cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX))cnt_1s <= cnt_1s + 10'd1;else cnt_1s <= cnt_1s;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)cnt_en <= 1'b0;else if((cnt_1s == CNT_1S_MAX) && (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX))cnt_en <= ~cnt_en;elsecnt_en <= cnt_en;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)led_out <= 1'b1;else if( ((cnt_en == 1'b0) && (cnt_1ms <= cnt_1s)) || ((cnt_en == 1'b1) && (cnt_1ms > cnt_1s)))led_out <= 1'b0;elseled_out <= 1'b1;endendmodule
- 测试代码如下所示，为了方便仿真，把CNT_1US_MAX，CNT_1MS_MAX，CNT_1S_MAX的值均改小了
module testbench();reg sys_clk;reg sys_rst;wire led_out;initial beginsys_clk = 1'b1;sys_rst <= 1'b1;#20;sys_rst <= 1'b0;endalways #10 sys_clk = ~sys_clk;breath_led#(.CNT_1US_MAX (6'd4),.CNT_1MS_MAX (10'd9),.CNT_1S_MAX (10'd9))breath_led_inst(.sys_clk(sys_clk),.sys_rst(sys_rst),.led_out(led_out));
endmodule
- 测试波形如下，可以看出LED灯输出确实为PWM波形
- 但和野火FPGA配置不同的是，LED灯为高电平点亮且复位信号为高电平，输入时钟100MHz，计数1us最大值修改为99。
module breath_led#(parameter CNT_1US_MAX = 7'd99,parameter CNT_1MS_MAX = 10'd999,parameter CNT_1S_MAX = 10'd999)(input wire sys_clk,input wire sys_rst,output reg led_out);reg [9:0] cnt_1s = 10'd0;reg [9:0] cnt_1ms = 10'd0;reg [6:0] cnt_1us = 7'd0;reg cnt_en = 1'b0;always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)cnt_1us <= 7'd0;else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX)cnt_1us <= 7'd0;else cnt_1us <= cnt_1us + 7'd1;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)cnt_1ms <= 10'd0;else if( (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX) )cnt_1ms <= 10'd0;else if(cnt_1us == CNT_1US_MAX)cnt_1ms <= cnt_1ms + 10'd1;else cnt_1ms <= cnt_1ms;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)cnt_1s <= 10'd0;else if( (cnt_1s == CNT_1S_MAX) && (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX) )cnt_1s <= 10'd0;else if((cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX))cnt_1s <= cnt_1s + 10'd1;else cnt_1s <= cnt_1s;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)cnt_en <= 1'b0;else if((cnt_1s == CNT_1S_MAX) && (cnt_1ms == CNT_1MS_MAX) && (cnt_1us == CNT_1US_MAX))cnt_en <= ~cnt_en;elsecnt_en <= cnt_en;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst) beginif(sys_rst == 1'b1)led_out <= 1'b0;else if( ((cnt_en == 1'b0) && (cnt_1ms <= cnt_1s)) || ((cnt_en == 1'b1) && (cnt_1ms > cnt_1s)))led_out <= 1'b1;elseled_out <= 1'b0;endendmodule
- 配置管脚文件如下。
set_property PACKAGE_PIN T22 [get_ports led_out]set_property PACKAGE_PIN P16 [get_ports sys_rst]set_property PACKAGE_PIN Y9 [get_ports sys_clk]set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports *]
- 仿真波形细节查看
- 修改计数器CNT_1US_MAX参数可以呼吸灯的频率，与50M时钟相比感觉平缓很多，下图为50M
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