5.3.2 呼吸灯基础电路

第5章逻辑电路设计呼吸灯电路04Part3综合逻辑电路3.2呼吸灯电路例5.19使用VerilogHDL设计一个呼吸灯电路。呼吸灯电路核心是使用PWM（脉宽调制）技术控制LED的发光强度。PWM技术通过改变信号的占空比来调节LED的亮度。占空比是指在一个脉冲信号的持续时间内，高电平所占的比例。占空比越高，LED的亮度就越强；占空比越低，LED的亮度就越弱。PWM调光利用了人眼的“视觉暂留”效应，当LED的亮度变化频率足够快时，人眼会感觉到平均亮度，而不是瞬间的亮灭。为了避免人眼能够看到LED的闪烁，在设计时PWM调光的频率应在100Hz以上‌。3综合逻辑电路设计分析呼吸灯的完整显示过程包括“呼”和“吸”两个阶段。“呼”的阶段，在连续的时钟脉冲周期内，占空比越来越高，直至达到最高占空比。“吸”的阶段，在连续的时钟脉冲周期内，占空比从最高值开始逐步下降3综合逻辑电路相关概念设计之前厘清几个概念：时钟周期Tc：时钟信号clk从低电平到高电平再回到低电平的时间，是时钟频率的倒数。PWM周期TP：一个完整的PWM波形占用的时间，是PWM频率的倒数。脉冲周期T：PWM信号每一次从低电平到高电平再回到低电平的时间。脉冲宽幅：一个脉冲周期中脉冲（高电平）的时间。占空比：在一个脉冲周期内，脉冲（高电平）占整个周期的时间比例。一个PWM周期内包含多个脉冲周期，实现占空比的连续变化，经过若干次达到占空比的最大值，这里经过的次数称为步数。3综合逻辑电路脉冲周期计算比如设定时钟周期为10ms，步数为8。也就是说经过8个脉冲周期从最低占空比提升到最高占空比，再经过8个脉冲周期从最高占空比降低至最低占空比。相邻的两个脉冲周期内占空比会增加或减少固定值。相应地，如果最高占空比为50%，那么脉冲周期内需要一个2倍于步数的时钟周期，即：T=Tc×步数÷最大占空比这里的时钟周期为10ms，那么脉冲周期是0.16s。3综合逻辑电路PWM周期计算整个PWM周期是脉冲周期的16倍。即：TP=T×步数×2如果脉冲周期是0.16s，有PWM周期为2.56s，基本符合人体呼吸节奏。3综合逻辑电路程序代码modulebreathing_LED(LED,clk,rst);inputclk,rst;outputregLED;

reg[3:0]cnt;//每个脉宽周期的计数reg[2:0]PWM_width;//脉宽数值regdir;//脉宽调制方向，高电平增加，低电平减少always@(posedgeclkornegedgerst)begin

if(!rst)begin cnt<=4'b0; PWM_width<=3'b0; end

elsebegin cnt<=cnt+1;//在脉冲周期内cnt从0计数到15 if(cnt==4'hF)//每次cnt计满，改变PWM_width的值 if(dir) if(PWM_width<3'b111) PWM_width<=PWM_width+1; else dir<=1'b0; else if(PWM_width>3'b0) PWM_width<=PWM_width-1; else dir<=1'b1; if(cnt<=PWM_width)//比较脉宽数值和计数值 LED<=1'b1;//灯亮 else LED<=1'b0;//灯灭 endend3综合逻辑电路程序代码3综合逻辑电路程序代码真正实现2.56s呼吸过程的前提是，时钟clk的周期为10ms。如果开发板上的晶振频率为50MHz，要经过一个分频器得到100Hz的时钟。3综合逻辑电路程序代码分频器程序如下：modulediv_fre_50Mto100(clk_100,clk_50M,reset);outputregclk_100;inputclk_50 M;inputreset;

integeri;always@(posedgeclk_50M)begin if(reset)begin i<=0; clk_100=1’b0; end elseif(i