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呼吸燈是指燈光在微電腦的控制之下完成由亮到暗的逐漸變化，感覺好像是人在呼吸。其廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品之上，并成為各大品牌新款手機(jī)的賣點(diǎn)之一，起到一個通知提醒的作用。每個人都應(yīng)該使用過帶有呼吸燈的手機(jī)，看著燈光由暗淡逐漸一點(diǎn)點(diǎn)變亮，繼而在最亮的時刻開始逐漸變暗、熄滅最后歸于虛無，就像酣睡中隨著人的呼吸而起伏的胸膛。每當(dāng)看到手機(jī)屏幕上的呼吸燈閃爍時，你是否想過，如何自己設(shè)計一個呼吸燈，讓它伴隨著你的呼吸變亮變暗。沒有做過呼吸燈的同學(xué)不要緊，我將會為大家展示一個使用清晰整潔的代碼設(shè)計出來的呼吸燈。認(rèn)真看完這篇文章，我可以保證你能夠真正了解呼吸燈是使用怎樣的原理設(shè)計的，并且可以自己獨(dú)立設(shè)計出自己的呼吸燈。快去點(diǎn)亮它吧！
介紹一下呼吸燈設(shè)計的基本原理：
呼吸燈是通過控制led燈閃爍的頻率來控制其亮度的。什么是閃爍的頻率？比如我們讓led燈在1s內(nèi)持續(xù)為亮，那么這個led燈將會一直以最大的亮度閃亮，亮的頻率就是1；當(dāng)我們讓led燈在1s內(nèi)持續(xù)為暗，那么led燈將會一直熄滅，亮的頻率就是0；若是我們讓led燈在1s中前0.5s內(nèi)為亮、后0.5s內(nèi)為滅，那么led燈將會一直一閃一滅，持續(xù)下去...我們可以大膽的想象一下，如果我們能夠控制led燈在1s內(nèi)一開始亮的頻率為0，然后一點(diǎn)一點(diǎn)的增大亮的頻率直至為1，那么led燈是否就可以由暗慢慢變到最亮。道理已經(jīng)明白了，那么我們要怎樣控制led燈亮的頻率？通過控制led燈亮的時間長度。怎樣控制燈亮的時間？通過計數(shù)FPGA的時鐘個數(shù)。該怎樣計數(shù)FPGA的時鐘個數(shù)？
下面講一下本設(shè)計的基本思想：
我們讓led燈在1s內(nèi)由暗慢慢點(diǎn)亮，那么我們不妨將1s先分成1000等份，每一等份就是1ms，用一個計數(shù)ms個數(shù)的計數(shù)器cnt_ms來計數(shù)。1ms分成1000等份，每一等份就是1us，用計數(shù)器cnt_us來標(biāo)示。由于MP801開發(fā)板的FPGA時鐘頻率是20ns，那么我們就將1us分成50份，每一份就是20ns，即一個時鐘周期。通過計數(shù)時鐘周期的個數(shù)，計數(shù)到第50個時，就到達(dá)了1us，計數(shù)器cnt_us就開始加1；cnt_us計數(shù)到1000個時，就到達(dá)了1ms，接著計數(shù)到1s...時間已經(jīng)劃分好了，那么我們該怎么控制led燈亮的時間？
通過PWM原理來控制led亮滅。不了解PWM原理不重要，只要能讀懂下面一句話即可：
在0-1S內(nèi)：讓led燈在第0-1ms之間亮的時間為0us；在第1-2ms內(nèi)亮1us，在第2-3ms內(nèi)亮2us...在第999-1000Ms內(nèi)亮999us。
思路已經(jīng)很清晰了，接下來我們就可以進(jìn)行電路設(shè)計。
信號列表：
|
信號名稱 |
信號類型 |
位寬 |
功能描述 |
|
clk |
I |
1 |
時鐘信號 |
|
rst_n |
I |
1 |
復(fù)位信號 |
|
led |
O |
1 |
輸出led信號 |
|
|
|||
|
led_bright |
wire |
1 |
控制led亮滅 |
|
cnt_ns |
reg |
10 |
用來計數(shù)20ns的時鐘周期數(shù)，計數(shù)到50個即到達(dá)1us,計數(shù)器清零 |
|
add_cnt_ns |
wire |
1 |
計數(shù)器cnt_ns加一指示信號，一直為1 |
|
end_cnt_ns |
wire |
1 |
計數(shù)器cnt_ns清零指示信號，當(dāng)cnt_ns計數(shù)到第50時為1 |
|
cnt_us |
reg |
10 |
用來計數(shù)產(chǎn)生1us的個數(shù) |
|
add_cnt_us |
wire |
1 |
計數(shù)器cnt_us加一指示信號，end_cnt_ns拉高時有效 |
|
end_cnt_us |
wire |
1 |
計數(shù)器cnt_us清零指示信號，cnt_us計數(shù)到第1000個時拉高 |
|
cnt_ms |
reg |
10 |
用來計數(shù)1ms的個數(shù)，加一條件是end_cnt_us有效 |
|
add_cnt_ms |
wire |
1 |
cnt_ms加一指示信號，end_cnt_us拉高時有效 |
|
end_cnt_ms |
wire |
1 |
計數(shù)器cnt_ms清零指示信號，當(dāng)cnt_ms計數(shù)到第1000個時拉高 |
|
cnt_s |
reg |
1 |
用來計數(shù)1s的個數(shù) |
|
cdd_cnt_s |
wire |
1 |
cnt_s加一指示信號，當(dāng)end_cnt_ms拉高有效 |
|
cnd_cnt_s |
wire |
1 |
計數(shù)器Cnt_s清零指示信號，cnt_s計數(shù)到2拉高 |
計數(shù)us信號：
計數(shù)ms信號:
控制led亮的指示信號：
按照我上面的設(shè)計思想，在100ms內(nèi)，控制亮的時間不大于100us；在200ms內(nèi)，控制亮的時間不大于200us。
led輸出信號：
在亮的時間區(qū)域內(nèi)led給低電平，led亮；其他時間給led高電平，led滅。
OK，將工程綜合編譯，分配好管腳，燒錄到MP801開發(fā)板中，即可觀察到屬于你自己的呼吸燈。
可以看出，使用至簡設(shè)計法設(shè)計出的代碼，思路清晰，代碼簡潔干凈、有跡可循，只要設(shè)計的思路清晰，設(shè)計出的代碼也同樣是易讀易懂，每個信號都有其特定的功能。因此FPGA設(shè)計的核心是設(shè)計思路，而不是設(shè)計代碼，代碼只是用來告訴編譯器我們的設(shè)計思路，再由編譯器綜合成硬件電路。使用一種規(guī)范簡潔的代碼設(shè)計方法可以幫助我們更好的表現(xiàn)出我們的設(shè)計思路，這在我們進(jìn)行FPGA設(shè)計過程中可以極大提高我們的設(shè)計效率。
以上就是設(shè)計呼吸燈的思考與步驟，需要此工程明德?lián)P設(shè)計的源碼的朋友可以加我的QQ：3358622769無償獲取，也歡迎大家與我進(jìn)行深入討論，期待與大家一起學(xué)習(xí)進(jìn)步！
