[FPGA 学习记录] 呼吸灯

呼吸灯

1 章节导读

那么在上一章节当中，我们使用板载的 LED 灯设计并实现了一个流水灯的实验效果。那么在本章节当中，我们将带领各位朋友设计并实现一个呼吸灯的实验效果。

2 理论学习

那么呼吸灯在我们的日常生活中很常见，比如说我们手机上。在手机上一般作为消息提醒指示灯被广泛地使用，那么它的效果是小灯在一段时间内从完全熄灭慢慢到完全点亮，同样的时间内再由完全点亮到完全熄灭这样一个过程；这个过程循环往复，感觉就像呼吸一样一张一弛，那么人们看了特别舒服。

说到这里，有的朋友肯定会说：那么呼吸灯应该怎么实现呢？

3 实战演练

那么下面我们就通过实验工程来讲解一下呼吸灯的实现方法。

3.1 实验目标

使用板载 LED 灯 D6 实现呼吸灯效果，第一个 1s 内 LED 由熄灭慢慢点亮直到最亮，第二个 1s 内 LED 由最亮的状态慢慢变暗直到熄灭，如此循环往复。

3.2 硬件资源

我们让开发板板载的 D6 LED 实现呼吸灯

3.3 程序设计

那么首先，先来搭建一个文件体系

然后打开我们的 doc 文件夹，建立一个 Visio 文件用来绘制我们的框图和波形图

3.3.1 框图绘制

那么首先是框图的绘制

然后是端口信号。首先是输入信号，那么输入信号一定有时钟信号和复位信号，因为后面我们要用到我们的计数器

那么输入信号除了我们的时钟信号和复位信号之外，再没有其他的输入信号了。

下面就是输出信号。那么输出信号，要有一路输出信号连接到我们的板载的 LED 灯，只有这样才能进行实验效果的检验

那么到了这里，我们的模块框图绘制完成。

3.3.2 波形绘制

下面可以开始波形图的绘制。

在波形图的绘制之前，我们要进行一下分析，分析一下呼吸灯这个效果应该怎么实现。

首先，我们可以将呼吸灯的呼吸效果分为两个过程：第一个过程是由完全熄灭到完全点亮，然后第二个过程是完全点亮到完全熄灭。其实这两个过程可以看作一个过程，因为如果是完全点亮到完全熄灭，它就是完全熄灭到完全点亮的一个逆过程。

那么下面就要考虑：怎样实现完全熄灭到完全点亮？

各位学员如果有电路常识就应该知道：如果说在一个安全范围内给我们的 LED 灯供的电压越大，灯越亮。难道这表示我们要控制电压的高低吗？

显然这是很不现实的。所以说我们要采用另外一种方法，通过控制 PWM 的占空比来控制我们灯的亮灭程度。

那么接下来就引入了一个新问题：如何使用 PWM 来实现呼吸灯的一个效果？下面我们结合图形来讲解一下实现的方法。

那么经过前面学习我们已经知道：我们开发板板载的 LED 灯它是低电平点亮，高电平是熄灭状态。那么初始状态既然是完全熄灭，那么我们就给它一段时间的高电平，那么这段时间我们定义为一个周期，用 T 来表示它

在第一个 T 周期内给我们的输出信号是一个高电平，那么这样就对应完全熄灭。那么接下来在第二个周期内，让我们的信号保持十分之一个周期的低电平；这就表示在第一个周期内，我们的灯是完全熄灭，第二个周期内，前面点亮了一点点，后面又处于熄灭状态

那么在第三个周期内让它保持十分之二个周期的低电平，就比上一次增加了一倍；然后剩下的十分之八个周期都是高电平

那么第三个周期内也点亮了一点点，后面又是熄灭；但点亮的这个时间是前一个 T 周期的两倍。

那么接下来在第四个周期内再延长十分之一个低电平保持时间

那么这样每个周期增加十分之一 T 个低电平的保持时间，那么到了后面也就是第十个周期，它就变成什么样子呢？我们来看一下

第十个周期应该是保持了十分之九个周期的低电平，然后高电平只保持了十分之一个周期。

到了第十一个周期，它就应该是完全的一个周期的低电平

那么这样就实现了我们的 LED 灯从一个完全熄灭的状态到一个完全点亮的状态，我们通过 PWM 这个方法来实现的。那么完全点亮到完全熄灭是它的一个逆过程。第一个周期内也是让它保持全为低电平，然后在下一个周期，首先让它保持十分之一个周期的高电平，然后是十分之九个周期的低电平。然后中间我们就省略了

那么最后保持一个周期的高电平

那么这样，这个波形就展示出了我们的呼吸灯的一个效果：由完全熄灭到完全点亮，再由完全点亮一步步到完全熄灭。

那么这样我们就通过 PWM 展示了一个完整的一个呼吸灯的一个效果，那么这个波形其实就是我们最后要输出的一个波形。那么后面我们就需要考虑：如何通过输入的时钟信号和复位信号来产生这个波形。

下面开始波形图的绘制。那么首先是我们的输入信号，输入的信号有时钟和复位，那么输入信号要填充为绿色；然后是复位信号，复位信号上电后保持一段时间的低电平，起到复位作用，然后让它保持一段时间的高电平，这个高电平是一直保持，这样系统才能够正常工作

那么下面就要考虑：如何使用输入信号这两个波形产生我们的输出信号这个波形。

第一点我们要考虑到从完全熄灭状态到完全点亮状态，就是 ❶ 到 ❷ 它的时间是多少；知道了这个