使用PWM控制LED實現(xiàn)呼吸燈的效果

作者：ALINX

適用于板卡型號：

AXU2CGA/AXU2CGB/AXU3EG/AXU4EV-E/AXU4EV-P/AXU5EV-E/AXU5EV-P /AXU9EG/AXU15EG

實驗Vivado工程為“pwm_led”。

本文主要講解使用PWM控制LED，實現(xiàn)呼吸燈的效果。

1.實驗原理

如下圖所示，用一個N比特的計數(shù)器，最大值可以表示為2的N次方，最小值0，計數(shù)器以“period”為步進值累加，加到最大值后會溢出，進入下一個累加周期。當計數(shù)器值大于“duty”時，脈沖輸出高，否則輸出低，這樣就可以完成圖中紅色線所示的脈沖占空比可調(diào)的脈沖輸出，同時“period”可以調(diào)節(jié)脈沖頻率，可以理解為計數(shù)器的步進值。

PWM脈寬調(diào)制示意圖

不同的脈沖占空比的方波輸出后加在LED上，LED燈就會顯示不同的亮度，通過不斷地調(diào)節(jié)方波的占空比，從而實現(xiàn)LED燈亮度的調(diào)節(jié)。

2. 實驗設(shè)計

PWM模塊設(shè)計非常簡單，在上面的原理中已經(jīng)講到，這里不再說原理。

PWM模塊（ax_pwm）端口

`timescale1ns/1ps

module ax_pwm

#（

parameter N =16//pwm bit width

）

（

input clk，

input rst，

input［N -1:0］period， //pwm step value

input［N -1:0］duty， //duty value

output pwm_out //pwm output

）;

reg［N -1:0］ period_r; //period register

reg［N -1:0］ duty_r; //duty register

reg［N -1:0］ period_cnt; //period counter

reg pwm_r;

assign pwm_out = pwm_r;

always@（posedge clk orposedge rst）

begin

if（rst==1）

begin

period_r duty_r end

else

begin

period_r duty_r end

end

//period counter， step is period value

always@（posedge clk orposedge rst）

begin

if（rst==1）

period_cnt else

period_cnt end

always@（posedge clk orposedge rst）

begin

if（rst==1）

begin

pwm_r end

else

begin

if（period_cnt 》= duty_r） //if period counter is bigger or equals to duty value， then set pwm value to high

pwm_r else

pwm_r end

end

那么如何實現(xiàn)呼吸燈的效果呢？我們知道呼吸燈效果是由暗不斷的變亮，再由亮不斷的變暗的過程，而亮暗效果是由占空比來調(diào)節(jié)的，因此我們主要來控制占空比，也就是控制duty的值。

在下面的測試代碼中，通過設(shè)置period的值，設(shè)定PWM的頻率為200Hz，PWM_PLUS狀態(tài)即是增加duty值，如果增加到最大值，將pwm_flag置1，并開始將duty值減少，待減少到最小的值，則開始增加duty值，不斷循環(huán)。其中PWM_GAP狀態(tài)為調(diào)整間隔，時間為100us。

`timescale1ns/1ps

module pwm_test（

input clk， //25MHz

input rst_n， //low active

output led //high-off， low-on

）;

localparam CLK_FREQ =25; //25MHz

localparam US_COUNT = CLK_FREQ ; //1 us counter

localparam MS_COUNT = CLK_FREQ*1000; //1 ms counter

localparam DUTY_STEP =32‘d100000; //duty step

localparam DUTY_MIN_VALUE =32’h6fffffff; //duty minimum value

localparam DUTY_MAX_VALUE =32‘hffffffff; //duty maximum value

localparam IDLE =0; //IDLE state

localparam PWM_PLUS =1;//PWM duty plus state

localparam PWM_MINUS =2;//PWM duty minus state

localparam PWM_GAP =3;//PWM duty adjustment gap

wire pwm_out; //pwm output

reg［31:0］ period; //pwm step value

reg［31:0］ duty; //duty value

reg pwm_flag ; //duty value plus and minus flag， 0： plus; 1： minus

reg［3:0］ state;

reg［31:0］ timer; //duty adjustment counter

assign led =~pwm_out ;//led low active

always@（posedge clk ornegedge rst_n）

begin

if（rst_n ==1’b0）

begin

period timer duty pwm_flag state end

else

case（state）

IDLE：

begin

period state duty end

PWM_PLUS ：

begin

if（duty 》 DUTY_MAX_VALUE - DUTY_STEP） //if duty is bigger than DUTY MAX VALUE minus DUTY_STEP ， begin to minus duty value

begin

pwm_flag duty end

else

begin

pwm_flag duty end

state end

PWM_MINUS ：

begin

if（duty begin

pwm_flag duty end

else

begin

pwm_flag duty end

state end

PWM_GAP：

begin

if（timer 》= US_COUNT*100）//adjustment gap is 100us

begin

if（pwm_flag）

state else

state

timer end

else

begin

timer end

end

default：

begin

state end

endcase

end

//Instantiate pwm module

ax_pwm

#（

.N（32）

）

ax_pwm_m0（

.clk （clk），

.rst （~rst_n），

.period （period），

.duty （duty），

.pwm_out （pwm_out）

）;

endmodule

3. 下載驗證

生成bitstream，并下載bit文件，可以看到PL LED1燈產(chǎn)生呼吸燈效果。PWM是比較常用的模塊，比如風扇轉(zhuǎn)速控制，電機轉(zhuǎn)速控制等等。

審核編輯：何安