原创【博客大赛】LX9开发板呼吸灯实现

 2013-3-4 22:51  1508 22 22 分类: FPGA/CPLD 文集: xilinx FPGA

对LX9开发板硬件评测后，从这一节开始真正进入FPGA开发的世界。很多开发板的例程中必有跑马灯实验，老跑马也没意思，咱来把新潮的，整一个呼吸灯。

呼吸灯最初是出现在apple公司的笔记本产品中，当合上笔记本的时候，笔记本上的睡眠指示灯会出现呼吸状的闪烁，咱人们惊叹于apple丰富的想象力之余，之后就有很多公司效仿，并且呼吸灯出现在更多的电子产品中，如鼠标、手机。。。

关于呼吸灯的原理，首先了解一下呼吸的特性，如图1中曲线所示，吸气：指数上升曲线，持续约1.5秒；吸气：指数曲线下降，持续约1.5秒。一般成人平均每分钟呼吸16~18次。

图1

然后再介绍2个特性现象：

1. Bloch定律指出进入人眼的光的积分或维持时间与光的强度光成反比。光源越亮，积分时间越短。显示较亮时，给予人眼以较高的时间敏感度，视觉暂留使人眼看到的连续的光序列。如果亮度变化的频率小于人眼的采样频率，就会感到明显的阶梯式的跳变。

2. 视觉暂留现象，物体在快速运动时，当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1~0.4秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。

可以说以上2个特性现象能使我们看到的呼吸灯这种视觉艺术，并且这种视觉艺术只有通过电子工程师之后才能创造出来。

下面正式开始艺术创造之旅：

硬件要求：呼吸灯只需要一个LED灯即可，LX9开发板中有4个红色LED灯，选其一即可。

呼吸灯的FPGA程序设计：呼吸的效果是通过调节LED的暗灭来控制，基本是用PWM实现，如果连接LED的引脚输出高电平，LED亮，反之灭的话，高电平的在PWM一个周期内的占空比大的话，LED灯越亮；占空比小，LED灯越暗。

了解了原理和实现方案，还需要确定一下参数：

LX9开发板的可用的时钟频率是40MHz，初步定PWM周期为0.005秒，计算得到一个PWM周期的时钟周期Ncycle=40MHz x 0.0005s=200,000；如果以2秒进行一次呼吸，呼气和吸气分别有Mtime=200次可调节PWM占空比；占空比调节需要成指数曲线，如图2所示，曲线数据存储在ROM中，通过”./src/e.dat”文件初始化，共有201个数据。

图2

以下为Verilog实现代码：

以下是代码片段：
module BreathLed(
    input clk_40M,
    output reg Led
    );

//Time Parameter
parameter Ncycle= 200000; //clk 40MHz ; 1cycle = 200000/40*10^6 = 0.005s
parameter Mtime = 200 ;

reg [19:0] cnt=0;
reg [19:0] curHigh=0;
reg up=1'b1;
reg [8:0] highcnt;
reg [19:0] rom_q[0:200];

initial begin
         $readmemh("./src/e.dat",rom_q);
end

always@(posedge clk_40M) begin
         if(cnt==Ncycle-1) begin
                   if(up==1'b1) begin
                            if(highcnt==Mtime)
                                     up<=1'b0;
                            else
                                     highcnt<=highcnt+1;
                   end
                   else begin
                            if(highcnt==0)
                                     up<=1'b1;
                            else
                                     highcnt<=highcnt - 1;
                   end

                   curHigh<=highcnt * 1000; //linear curve
                   //curHigh<=rom_q[highcnt];

                   cnt<=0;
         end
         else
                   cnt<=cnt+1;

         if(cnt<=curHigh)
                   Led<=1'b1;
         else
                   Led<=1'b0;
end
endmodule

如图3为MAP之后的资源利用情况，