PotatoPie 4.0 实验教程(1) —— FPGA实现LED计数灯和呼吸灯

6个月前更新

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Led demo下面共有两个工程，

LED_cnt是led直接输出计数器，LED_sleep是呼吸灯。

LED_cnt计数灯说明

`timescale  1 ps / 1 ps

module design_top_wrapper(
input clk_ref,
output  led_r,
output  led_g,
output  led_b
);

reg [32:0]cnt; //计数器寄存器

always @(posedge clk_ref) begin
	cnt <= cnt + 1'b1; //计数器寄存器累加
end

//将计数器寄存器结果输出到RGB LED上
assign led_r = cnt[15];
assign led_g = cnt[23];
assign led_b = cnt[31];
 
endmodule

代码比较简单，注释也清楚，开发板的LED的红绿蓝分别代表了计数器的cnt[15], cnt[23], cnt[31]。

其实这个工程就是入门教程（6）中的工程。

管脚约束情况如下图，这几个脚是复用脚需要修改工程配置，详情请参见PotatoPie V4.0 入门教程(6)—— TD工具入门：工程创建，管脚约束，HDL编译，bit流下载

LED_slepp呼吸灯说明

呼吸灯的原理实质上就是用PWM波驱动LED，并更改PWM的占空比，让LED的亮度像人体的呼吸一样强弱交替，需要注意周期不能太快，需要加延时以适应人眼。

呼吸灯的设计较为简单，我们使用系统时钟作为高频信号做分频处理，调整占空比实现
PWM，通过 LED 灯 LD 指示输出状态。

实现原理如上图所示，脉冲信号的周期为 T，高电平脉冲宽度为 t，占空比为 t/T。为了实现 PWM
脉宽调制，我们需要保持周期 T 不变，调整高电平脉宽 t 的时间，从而改变占空比。
当 t = 0 时，占空比为 0%，因为我们的 LED 硬件为低电平点亮，所以为最亮的状态。
当 t = T 时，占空比为 100%， LED 灯为最暗（熄灭）的状态。
结合呼吸灯的原理，整个呼吸的周期为最亮→最暗→最亮的时间，即 t 的值的变化： 0→T→0 逐
渐变化。

如果呼吸灯设计要求呼吸的周期为 2s，也就是说 LED 灯从最亮的状态开始，第一秒时间内逐渐变暗，
第二秒的时间内再逐渐变亮，依次进行。

第一部分代码分别实现us、ms和s级计数器

reg [5:0] cnt_us ;
 reg [9:0] cnt_ms ;
 reg [9:0] cnt_s ;
 reg cnt_1s_en ;

 //cnt_us:1us计数器
 always@(posedge clk or negedge rst_n)
 if(rst_n == 1'b0)
 cnt_us <= 6'b0;
 else if(cnt_us == CNT_1US_MAX)
 cnt_us <= 6'b0;
 else
 cnt_us <= cnt_us + 1'b1;

 //cnt_ms:1ms计数器
 always@(posedge clk or negedge rst_n)
 if(rst_n == 1'b0)
 cnt_ms <= 10'b0;
 else if(cnt_ms == CNT_1MS_MAX && cnt_us == CNT_1US_MAX)
 cnt_ms <= 10'b0;
 else if(cnt_us == CNT_1US_MAX)
 cnt_ms <= cnt_ms + 1'b1;

 //cnt_s:1s计数器
 always@(posedge clk or negedge rst_n)
 if(rst_n == 1'b0)
 cnt_s <= 10'b0;
 else if(cnt_s == CNT_1S_MAX && cnt_ms == CNT_1MS_MAX
 && cnt_us == CNT_1US_MAX)
 cnt_s <= 10'b0;
 else if(cnt_ms == CNT_1MS_MAX && cnt_us == CNT_1US_MAX)
 cnt_s <= cnt_s + 1'b1;

 //cnt_1s_en:1s计数器标志信号
 always@(posedge clk or negedge rst_n)
 if(rst_n == 1'b0)
 cnt_1s_en <= 1'b0;
 else if(cnt_s == CNT_1S_MAX && cnt_ms == CNT_1MS_MAX
 && cnt_us == CNT_1US_MAX)
 cnt_1s_en <= ~cnt_1s_en;

第三部分是所谓的核心代码，从代码可以看出led_out信号在cnt_1s_en脉冲标志信号为低时高电平时序的时间是渐渐增加的（因为ms计数越来越大，cnt_1ms > cnt_1s条件成立的时间越来越久），对应的led 灯会渐渐变亮；而在cnt_1s_en脉冲标志信号为低时高电平时序的时间是渐渐减小的（因为ms计数越来越大，cnt_1ms < cnt_1s条件成立的时间越来越久），对应的led灯会渐渐变灭。

//led:输出信号连接到外部的led灯
 always@(posedge clk or negedge rst_n)
 if(rst_n == 1'b0)
 led <= 1'b0;
 else if((cnt_1s_en == 1'b1 && cnt_ms < cnt_s) ||
 (cnt_1s_en == 1'b0 && cnt_ms > cnt_s))
 led <= 1'b0;
 else
 led <= 1'b1;

这个实验的管脚约束同上面的led_cnt的工程是一样的。

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