09 呼吸灯

呼吸灯简介

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。 呼吸灯通常是采用 PWM(Pulse Width Modulation，即脉冲宽度调制) 的方式实现，在 PWM 频率固定的情况下，通过调整其占空比来控制 LED 灯亮度的变化。

在固定周期的 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，PWM 占空比调节示意图如下所示：

PWM信号的产生

可以使用1个寄存器和一个比较值来控制 PWM 信号的产生，寄存器进行周期计数，控制 PWM 的周期，在计数器周期计数过程中同时将计数值与比较值比较，当周期计数器的值小于比较寄存器时输出低电平，否则输出高电平，此时通过调节比较值便可调节 PWM 占空比，调节周期计数器的最大计数值便可调节 PWM 的周期，PWM 信号产生原理如下图所示：

原理图

LED0 到 LED3 这 4 个发光二极管的阴极分别连到 S8050（NPN 三极管）的集电极上，阳极都与 3.3V 电压相连，三极管的基极分别与 FPGA 相连，这是由于 FPGA 的 IO 口的电压只有 1.5V，电压较低，所以此处连接三极管是为了起到放大电压的作用。这样就可以通过改变三极管的状态来控制 LED 的亮灭。当 FPGA 输出到为高电平时，三极管导通，LED 灯亮；当 FPGA 输出到为低电平时，三极管截止，LED 灯灭。

此实验中只用到了LED0

系统框图

系统框图如下，包括两部分，分别是产生PWM信号的PWM模块和控制PWM占空比的呼吸灯模块

编写代码

PWM信号生成模块

PWM信号生成模块包含一个周期计数器和一个比较值，比较值通过模块外部输入的占空比结合PWM周期转换得到（这里由呼吸灯模块进行占空比控制），模块代码如下：

`timescale 1ns / 1ns
module pwm_generate
(
	input sys_clk,							//系统时钟
	input sys_rst_n,						//系统复位，低电平有效
	input [31:0] period,					//PWM周期
	input [31:0] duty_cycle,				//PWM占空比
	output pwm_out							//输出的PWM信号
);
//PWM周期
wire [31:0] pwm_period;
//PWM比较值
wire [31:0] pwm_compare;
//周期计数器，用于控制PWM周期
reg [31:0] count;
//PWM周期，不能小于1
assign pwm_period = (period