呼吸灯：本节，我们将通过脉宽调制技术来实现“呼吸灯”，实现LED的亮度由最暗逐渐增加到最亮，再逐渐变暗的过程。 脉冲宽度调制(PWM:Pulse Width Modulation)，简称脉宽调制。它是利用微控制器的数字输出调制实现，是对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等众多领域。

硬件说明

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呼吸灯的设计较为简单，我们使用12MHz的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LD1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，这个时间应该为2s

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。

本设计中需要两个计数器cnt1和cnt2，cnt1随系统时钟同步计数（系统时钟上升沿时cnt1自加1）范围为0~T，cnt2随cnt1的周期同步计数（cnt1等于T时，cnt2自加1）范围也是0~T，这样每次cnt1在0~T的计数时，cnt2为一个固定值，相邻cnt1计数周期对应的cnt2的值逐渐增大，我们将cnt1计数0~T的时间作为脉冲周期，cnt2的值作为脉冲宽度，则占空比 = cnt2/T,占空比从0%到100%的时间 = cnt2*cnt1 = T^2 = 1s = 12M个系统时钟，T = 2400，我们定义CNT_NUM = 2400作为两个计数器的计数最大值。

Verilog代码

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//******************************************************************** //>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>COPYRIGHTNOTICE<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< //******************************************************************** //Filename:breath_led.v //Modulename:breath_led //Author:STEP//Description: // //-------------------------------------------------------------------- //CodeRevisionHistory: //-------------------------------------------------------------------- //Version:|Mod.Date:|ChangesMade: //V1.0|2017/03/02|Initialver //-------------------------------------------------------------------- //ModuleFunction:呼吸灯 modulebreath_led(clk,rst,led); inputclk;//系统时钟输入 inputrst;//复位输出 outputled;//led输出 reg[24:0]cnt1;//计数器1 reg[24:0]cnt2;//计数器2 regflag;//呼吸灯变亮和变暗的标志位 parameterCNT_NUM=2400; //计数器的最大值 period=(2400^2)*2=24000000=2s //产生计数器cnt1 always@(posedgeclkornegedgerst) begin if(!rst)begin cnt1<=13'd0; end elseif(cnt1>=CNT_NUM-1) cnt1<=1'b0; else cnt1<=cnt1+1'b1; end //产生计数器cnt2 always@(posedgeclkornegedgerst) begin if(!rst)begin cnt2<=13'd0; flag<=1'b0; end elseif(cnt1==CNT_NUM-1)begin//当计数器1计满时计数器2开始计数加一或减一 if(!flag) begin//当标志位为0时计数器2递增计数，表示呼吸灯效果由暗变亮 if(cnt2>=CNT_NUM-1)//计数器2计满时，表示亮度已最大，标志位变高，之后计数器2开始递减 flag<=1'b1; else cnt2<=cnt2+1'b1; end else begin if(cnt2<=0)//当标志位为高时计数器2递减计数 flag<=1'b0; //计数器2级到0，表示亮度已最小，标志位变低，之后计数器2开始递增 else cnt2<=cnt2-1'b1; end end else cnt2<=cnt2;//计数器1在计数过程中计数器2保持不变 end //比较计数器1和计数器2的值产生自动调整占空比输出的信号，输出到led产生呼吸灯效果 assign led=(cnt1

引脚分配

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引脚分配如下：

管脚名称	clk	rst	led
FPGA管脚	C1	L14	N13

小结

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脉宽调制是一种值得广大工程师在许多应用设计中使用的有效技术，你也可以根据本节介绍的流水灯程序，实现RGB三色灯的呼吸。在下一小节我们会学习状态机的使用方法：交通灯的设计。