脈沖寬度調(diào)制（pulse width modelation）簡(jiǎn)稱PWM，利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中脈沖寬度調(diào)制是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。
在本章的應(yīng)用中可以認(rèn)為PWM就是一種方波。如圖2-7所示。
圖2-7 PWM波形圖
一個(gè)周期為10ms，高電平為6ms，低電平時(shí)間為4ms的PWM，其占空比（高電平時(shí)間占整個(gè)周期的比例）為60%。
明德?lián)P的FPGA開發(fā)板共有8個(gè)LED燈。產(chǎn)生8個(gè)管腳的PWM圖，如圖2-8所示。每個(gè)管腳對(duì)應(yīng)的占空比分別為：80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%和10%。系統(tǒng)工作時(shí)鐘100MHz。
圖2-8 各個(gè)LED等對(duì)應(yīng)的PWM波形
FPGA通過8個(gè)管腳來分別控制8個(gè)LED燈，管腳值為0，對(duì)應(yīng)的LED燈亮，管腳值為1，對(duì)應(yīng)的LED燈滅（低亮高滅）。如果管腳不停地變化，則LED燈會(huì)閃爍；如果這種高低變化非常快，由于人的視覺暫留現(xiàn)象，LED就會(huì)出現(xiàn)不同的亮度。
基于這個(gè)原則，我們也可以通過產(chǎn)生PWM波形，來控制LED燈的亮度。
1. 明確功能
首先確定模塊信號(hào)列表，如表2.2。
表2.2信號(hào)列表
|
信號(hào)名 |
I/O |
位寬 |
說明 |
|
clk |
I |
1 |
系統(tǒng)工作時(shí)鐘100MHz。 |
|
rst_n |
I |
1 |
系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，低電平有效。 |
|
led |
O |
8 |
LED輸出信號(hào) |
產(chǎn)生8個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖周期為10s對(duì)應(yīng)的占空比分別為：80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%和10%。
2. 功能波形
led所有信號(hào)的變化都是相似的，這里以led[0]為例。見圖2-9。
圖2-9 led[0]信號(hào)變化圖
3. 計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)
因?yàn)槊總€(gè)脈沖的高低電平持續(xù)時(shí)間都是以1s為單位的，所以引入兩個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器cnt_1s計(jì)數(shù)1s，計(jì)數(shù)器cnt_10s計(jì)數(shù)每個(gè)脈沖高低電平分別持續(xù)的時(shí)間。具體計(jì)數(shù)情況如圖2-10所示：
圖2-10 計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)圖
4. 加一結(jié)束條件
cnt_1s的加1條件：計(jì)數(shù)器一直在計(jì)數(shù)，即：assign add_cnt_1s=1；
cnt_1s的結(jié)束條件：加一條件下計(jì)數(shù)到100_000_000-1；
cnt_10s的加1條件：cnt_1s的結(jié)束時(shí)刻；
cnt_10s的結(jié)束條件：加一條件下計(jì)數(shù)到10-1；
5. 定義特殊點(diǎn)
圖2-11有幾個(gè)特殊點(diǎn)，需要我們記住。
圖2-11 特殊定義點(diǎn)圖
cnt1s的結(jié)束條件：cnt_1s==100_000_000-1，定為end_cnt_1s。
cnt10s的結(jié)束條件：cnt_10s==10-1，定為end_cnt_10s。
led所有位的新號(hào)變化都是相似的，所以我們以led[0]為例定義特殊點(diǎn)，
led[0]變高的條件：cnt_10s==1-1，定為led0_off。
led[0]變低的條件：cnt_10s==10-1，定為led_on。
6. 完整性檢查
|
（1）計(jì)數(shù)器cnt_1s cnt_1s的初值：0； cnt_1s的加1條件：assign add_cnt_1s=1； cnt_1s的結(jié)束條件： assign end_cnt_1s=add_cnt1s&&cnt_1s ==100_000_000 - 1 |
（6）led[3] led[3]由0變1：led3_off led[3]由1變0：led_on |
|
（2）計(jì)數(shù)器cnt_10s cnt_10s初值：0； cnt_10s的加1條件： assign add_cnt_10s=end_cnt1s； cnt_10s的結(jié)束條件： assign end_cnt_10s=add_cnt10s && cnt_10s==10 - 1 |
（7）led[4] led[4]由0變1：led4_off led[4]由1變0：led_on |
|
（3）led[0] led[0]由0變1：led0_off led[0]由1變0：led_on |
（8）led[5] led[5]由0變1：led5_off led[5]由1變0：led_on |
|
（4）led[1] led[1]由0變1：led1_off led[1]由1變0：led_on |
（9）led[6] led[6]由0變1：led6_off led[6]由1變0：led_on |
|
（5）led[2] led[2]由0變1：led2_off led[2]由1變0：led_on |
（10）led[7] led[7]由0變1：led7_off led[7]由1變0：led_on |
7. 計(jì)數(shù)器代碼
2
3 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
4 if(rst_n==1'b0)begin
5 cnt_1s <= 0;
6 end
7 else if(add_cnt_1s)begin
8 if(end_cnt_1s)
9 cnt_1s <= 0;
10 else
11 cnt_1s <= cnt_1s + 1;
12 end
13 end
14 assign add_cnt_1s = 1'b1;
15 assign end_cnt_1s = add_cnt_1s && cnt_1s==TIME_1S-1;
16
17 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
18 if(rst_n==1'b0)begin
19 cnt_10s <= 0;
20 end
21 else if(add_cnt_10s)begin
22 if(end_cnt_10s)
23 cnt_10s <= 0;
24 else
25 cnt_10s <= cnt_10s + 1;
26 end
27 end
28 assign add_cnt_10s = end_cnt_1s;
29 assign end_cnt_10s = add_cnt_10s && cnt_10s==10-1;
30
8.完整代碼
2 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
3 if(rst_n==1'b0)begin
4 led[0] <= 0;
5 end
6 else if(led_on)begin
7 led[0] <= 0;
8 end
9 else if(led0_off)begin
10 led[0] <= 1;
11 end
12 end
13 assign led0_off = add_cnt_10s && cnt_10s==1-1;
14 assign led_on = add_cnt_10s && cnt_10s==10-1;
15
16 //按照第六步第4點(diǎn)，寫出len[1]的代碼
17 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
18 if(rst_n==1'b0)begin
19 led[1] <= 0;
20 end
21 else if(led_on)begin
22 led[1] <= 0;
23 end
24 else if(led1_off)begin
25 led[1] <= 1;
26 end
27 end
28 assign led1_off = add_cnt_10s && cnt_10s==2-1;
29
30 //按照第六步第5點(diǎn)，寫出len[2]的代碼
31 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
32 if(rst_n==1'b0)begin
33 led[2] <= 0;
34 end
35 else if(led_on)begin
36 led[2] <= 0;
37 end
38 else if(led2_off)begin
39 led[2] <= 1;
40 end
41 end
42 assign led2_off = add_cnt_10s && cnt_10s==3-1;
43
44 //按照第六步第6點(diǎn)，寫出len[3]的代碼
45 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
46 if(rst_n==1'b0)begin
47 led[3] <= 0;
48 end
49 else if(led_on)begin
50 led[3] <= 0;
51 end
52 else if(led3_off)begin
53 led[3] <= 1;
54 end
55 end
56 assign led3_off = add_cnt_10s && cnt_10s==4-1;
57
58 //按照第六步第7點(diǎn)，寫出len[4]的代碼
59 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
60 if(rst_n==1'b0)begin
61 led[4] <= 0;
62 end
63 else if(led_on)begin
64 led[4] <= 0;
65 end
66 else if(led4_off)begin
67 led[4] <= 1;
68 end
69 end
70 assign led4_off = add_cnt_10s && cnt_10s==5-1;
71
72 //按照第六步第8點(diǎn)，寫出len[5]的代碼
73 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
74 if(rst_n==1'b0)begin
75 led[5] <= 0;
76 end
77 else if(led_on)begin
78 led[5] <= 0;
79 end
80 else if(led5_off)begin
81 led[5] <= 1;
82 end
83 end
84 assign led5_off = add_cnt_10s && cnt_10s==6-1;
85
86 //按照第六步第9點(diǎn)，寫出len[6]的代碼
87 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
88 if(rst_n==1'b0)begin
89 led[6] <= 0;
90 end
91 else if(led_on)begin
92 led[6] <= 0;
93 end
94 else if(led6_off)begin
95 led[6] <= 1;
96 end
97 end
98 assign led6_off = add_cnt_10s && cnt_10s==7-1;
99
100 //按照第六步第10點(diǎn)，寫出len[7]的代碼
101 always @(posedgeclk or negedgerst_n)begin
102 if(rst_n==1'b0)begin
103 led[7] <= 0;
104 end
105 else if(led_on)begin
106 led[7] <= 0;
107 end
108 else if(led7_off)begin
109 led[7] <= 1;
110 end
111 end
112 assign led7_off = add_cnt_10s && cnt_10s==8-1;
113
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