icore4tx_fpga_10
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icore4tx_fpga_10 [2020/05/22 14:20] zgf |
icore4tx_fpga_10 [2022/04/01 11:37] sean |
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| ^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ||
| - | | V1.0 | 2020-05-20 | gingko | 初次建立 | | + | | V1.0 | 2020-05-21 | gingko | 初次建立 | |
| - | ===== 实验八：计数器实验——呼吸灯 ===== | + | ===== 实验十：PWM输出实验——不同PWM输出 ===== |
| ==== 一、实验目的与意义 ==== | ==== 一、实验目的与意义 ==== | ||
| - | - 掌握计数器原理及使用方法； | + | - 掌握输出不同占空比PWM的原理及方法。 |
| - | - 掌握ISE开发软件的使用方法。 | + | - 掌握宏定义、参数变量的使用方法。 |
| + | - 掌握ISE的使用方法。 | ||
| ==== 二、实验设备及平台 ==== | ==== 二、实验设备及平台 ==== | ||
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| ==== 三、实验原理 ==== | ==== 三、实验原理 ==== | ||
| - | * 计数器是实现计数的一种最基本的加法运算。在FPGA中计数器的实质其实就是对驱动参考时钟进行计数，每当触发条件满足，计数器的寄存器参数实现自加，累加到某个状态进行清零操作。FPGA中常用计数器对系统时钟进行计数，实现时钟分频、定时器、延时、计数、控制等功能，是FPGA实现功能中常用的一种逻辑电路和时序控制方式。 | + | * PWM全称是Pulse Width Modulation，是脉冲宽度调制缩写。它是通过对脉冲宽度进行调制，等效输出所需要的波形。在PWM波形属性中频率和占空比是两个非常重要的参数。而本实验的主要目的就是通过FPGA的硬件语言描述实现不同频率、占空比的PWM信号输出。 |
| - | * 呼吸灯在生活中也较为常见，一般是通过控制LED的亮度渐变实现的。以本实验要实现的呼吸灯为例，要实现的效果为渐渐变亮，亮度最大后再渐渐变暗，最后熄灭，如此往复循环。LED的亮度变化是通过控制LED单位时间内亮的时间占比实现的；比如以10个时钟周期作为1个单位时间周期，当LED亮的时间持续2个时钟周期，熄灭的时间持续8个时钟周期，那么，当时钟周期较小时，每秒由成千上万个这样的单位时间构成；反馈到人的眼睛，由于视觉暂留，眼睛看不到很高频率的闪烁，而是看到LED的亮度很低。同理，当10个时钟周期里持续8个时钟周期的亮，则看起来亮度就高。 | + | * FPGA产生不同频率不同占空比的的原理是基于计数器实现的，通过对参考时钟进行计数，控制某个信号高低电平输出实现频率和占空比的变化。其实现原理如图10.1所示，通过改变puty的值改变pwm的占空比，通过改变cycle的值改变pwm的频率。 |
| - | * 呼吸灯的呼吸效果是如何实现的呢？以本实验为例，呼吸周期为2秒，则从暗到亮的过程持续1秒，从亮到暗的过程持续1秒。在从暗到亮的过程中，假如这1秒分成1000个单位时间周期，则每个单位时间周期里LED亮的时间都要比前一个久一点。同理，从亮到暗的过程则是每个时间单位周期里LED亮的时间都要比前一个短一点。 | + | {{ :icore4tx:icore4tx_fpga_10_1.png?direct |图10.1}} |
| - | * 以本实验呼吸灯亮的这1秒过程为例来阐述。系统时钟为25MHz，机1秒钟内有25M个系统时钟周期。将1秒分成5000个单位时间周期，每个单位时间周期持续5000个系统时钟周期。 | + | |
| - | * **25M/5000=5000** | + | |
| - | * 那么，只需将这5000个单位时间周期内LED亮的时间从0~5000逐渐增加，这1秒LED看起来就是逐渐变亮的；同理也可以控制LED灯逐渐变暗。 | + | |
| ==== 四、代码讲解 ==== | ==== 四、代码讲解 ==== | ||
| - | * 原理部分讲解了呼吸灯的实现原理。下面通过代码讲解如何实现LED呼吸的效果。 | + | * 本实验原理是通过参考时钟进行计数，并在时钟计数器特定时刻进行高低电平的变换，来改变输出波形的频率和占空比。本实验中参考时钟为clk_25m，频率控制参数为cycle，占空比参数为puty_50和puty_20。频率为500KHz的波形计算方公式为：**clk_25m/(cycle-1);** |
| - | * 首先定义变量cnt1和cnt2；cnt1是对单位时间周期内系统时钟进行计数，cnt2是对单位时间周期（即cnt1）进行计数，那么cnt1*cnt2=25M,。然后定义变量flag，每过1秒翻转1次，则可以在flag的不同状态控制LED是渐亮还是渐灭。 | + | * 占空比为20%的参数计算公式为：**puty_20/cycle;** |
| - | * 具体的LED在1个单位时间周期内亮的时间持续多少个系统时钟周期，是通过cnt1和cnt2的值比较判断的。由于cnt2是逐1自加的，那么每次在cnt1从1累加到4999的过程中，cnt2是不变的，而且每次cnt1累加的过程中，cnt2总比前一个值大1；那么，在cnt1累加的过程中，小于cnt2的值的时候，控制led亮，在cnt2累加的过程中即可实现led逐渐变亮。逐渐变暗的过程同理，只需控制cnt1大于cnt2的时候led亮即可。 | + | * 占空比为50%的参数计算公式为：**puty_50/cycle。** |
| - | ** * 代码如下：** | + | ** 其代码如下：** |
| <code verilog> | <code verilog> | ||
| - | //-------------------cnt1--------------------// | + | always@(posedge clk_25m or negedge rst_n) |
| - | //对系统时钟进行计数 | + | begin |
| - | always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | + | if(!rst_n) |
| - | if(!rst_n) | + | begin |
| - | cnt1<=13'd0; | + | cycle_cnt <= 8'd0; |
| - | else if(cnt1==13'd4999) | + | pwm20_sig_r <= 1'd0; |
| - | cnt1<=13'd0; | + | pwm50_sig_r <= 1'd0; |
| - | else | + | end |
| - | cnt1<=cnt1+1'd1; | + | else |
| - | //------------------cnt2-------------------// | + | begin |
| - | //对cnt1进行计数 | + | if(cycle_cnt==cycle-1'd1)//计数器清零，步两个信号相位 |
| - | always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | + | begin |
| - | if(!rst_n) | + | cycle_cnt <= 8'd0; |
| - | cnt2<=13'd0; | + | pwm20_sig_r <= 1'd1; |
| - | else if((cnt1==13'd4999)&&(cnt2==13'd4999)) | + | pwm50_sig_r <= 1'd1; |
| - | cnt2<=13'd0; | + | end |
| - | else if(cnt1==13'd4999) | + | else if(cycle_cnt==puty_50-1'd1)//变换占空比为50% |
| - | cnt2<=cnt2+1'd1; | + | begin |
| - | //-----------------flag--------------------// | + | pwm50_sig_r <= 1'd0; |
| - | //flag为1时led逐渐变亮，flag为0时逐渐变暗 | + | cycle_cnt <= cycle_cnt + 8'd1; |
| - | reg flag; | + | end |
| - | always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | + | else if(cycle_cnt==puty_20-1'd1)//变换占空比为20% |
| - | if(!rst_n) | + | begin |
| - | flag<=1'd0; | + | pwm20_sig_r <= 1'd0; |
| - | else if((cnt2==13'd0)&&(cnt1==13'd0)) | + | cycle_cnt <= cycle_cnt + 8'd1; |
| - | flag<=~flag; | + | end |
| - | //-----------------led--------------------// | + | else//计数器自加 |
| - | //控制LED在哪个范围内亮和灭 | + | begin |
| - | always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | + | cycle_cnt <= cycle_cnt + 8'd1; |
| - | if(!rst_n) | + | end |
| - | led_r<=1'd1; | + | end |
| - | else if((flag==1'd1)&&(cnt2<cnt1)) | + | end |
| - | led_r<=1'd0; | + | |
| - | else if((flag==1'd0)&&(cnt2>cnt1)) | + | |
| - | led_r<=1'd0; | + | |
| - | else | + | |
| - | led_r<=1'd1; | + | |
| - | + | ||
| </code> | </code> | ||
| + | |||
| ==== 五、实验步骤及实验结果 ==== | ==== 五、实验步骤及实验结果 ==== | ||
| - | {{ :icore4tx:icore4tx_fpga_8_1.png?direct&400 |图8.1}} | + | {{ :icore4tx:icore4tx_fpga_10_2.png?direct&400 |图10.2}} |
| - | 1、将硬件正确连接，如图8.1所示。\\ | + | 1、将硬件正确连接，如图10.2所示。\\ |
| 2、将编写好的代码进行编译，并下载到开发板中；\\ | 2、将编写好的代码进行编译，并下载到开发板中；\\ | ||
| - | 3、观察实验现象——FPGA_LED逐渐变亮然后逐渐变暗，循环进行。\\ | + | 3、观察实验现象——如图10-3所示。\\ |
| + | {{ :icore4tx:icore4tx_fpga_10_3.png?direct |图10.3}} | ||
| ==== 六、拓展实验 ==== | ==== 六、拓展实验 ==== | ||
| - | - 调整LED灯的呼吸周期。 | + | - 改变cycle和puty参数，观察信号变化。 |
| - | - 通过计数器，控制led熄灭之后延迟一段时间再逐渐变亮。 | + | |
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icore4tx_fpga_10.txt · 最后更改: 2022/04/01 11:37 由 sean
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