前言

网上找资料时一般出现的是led灯1s从暗到亮，下一个1s从亮到暗，所以在此记录一篇2s的呼吸灯，也为日后自己复习提供一点帮助，结尾有源码。

实验手册（EP4CE6F17C8）

一、实验目的

四个LED灯2s从暗到亮，下一个2s从亮到暗，循环显示。

二、实验原理

理论原理

在fpga中，呼吸灯的实现是通过控制占空比的多少，输出两段，第一段：由暗到亮，占空比由0%到100%逐步递增，第二段：由亮到暗，占空比由100%到0%逐步递减

三、系统架构设计

• 呼气和吸气，周期为4秒。考虑呼气的过程，就是让led灯要有亮灭的变化，从暗到亮，再从亮到暗。
• 为了led的亮度变化比较流畅，也就是每隔2ms我们给led灯一个新的亮度，我们将2秒拆分为1000份的2ms，为了实现led灯亮度变化，每一份2ms波形的占空比都不能相同，且必须是连续增加或减小的。
• 2ms的时间内，我们一共有1000个状态，每一个状态就是一个占空比时间为2us。所以我们需要三个计数器。最后利用后面两个计数器cnt_2ms和cnt_2s的大小进行比较，来改变一个时钟周期内的占空比。

四、模块说明

1．模块端口信号列表

端口信号	信号类别	信号名称	信号作用
input	wire	clk	时钟信号
input	wire	rst_n	复位信号
output	reg	led	led信号

2．状态转移图

3．时序图

该图是用time gen来画的

五、仿真波形图

• 这部分是从暗到亮的仿真波形，在breath_led一行我们可以很明显的看到从一开始基本看不见1111，到后面1111的占空比逐步扩大。
  

• 这部分则是从亮到暗，breath_led一行，0000的占空比逐步扩大

六、引脚分配

七、代码实现

module breath_led (input   clk         , input   rst_n       ,output reg [3:0] breath_led  
);parameter MAX_2us = 10'd99 ;    //2us
//之所以2ms和2s都是999，这是因为这两个的开始信号我分别设置为cnt_2us的结束信号、cnt_2ms的结束信号
//记了1000次的us信号就等于2ms，2s也是这个道理
parameter MAX_2ms = 19'd999;    //2ms = 1000 * 2us
parameter MAX_2s  = 19'd999;    //2s  = 1000 * 2ms  reg [9:0] cnt_2us;
reg [18:0] cnt_2ms;
reg [18:0] cnt_2s;
reg [1:0] flag;     //状态转变标志，判断是从暗到亮还是从亮到暗wire add_cnt_2us;   //计数器开始信号
wire end_cnt_2us;   //计数器结束信号wire add_cnt_2ms;   
wire end_cnt_2ms;   wire add_cnt_2s;    
wire end_cnt_2s;    always @(negedge rst_n or posedge clk) beginif (!rst_n) begincnt_2us <= 6'd0;endelse if (add_cnt_2us) beginif (end_cnt_2us) begincnt_2us <= 6'd0;endelse begincnt_2us <= cnt_2us + 6'd1;endendelse begincnt_2us <= cnt_2us;end
endassign add_cnt_2us = 1'd1;assign end_cnt_2us = add_cnt_2us && cnt_2us == MAX_2us; always @(negedge rst_n or posedge clk) beginif (!rst_n) begincnt_2ms <= 6'd0;endelse if (add_cnt_2ms) beginif (end_cnt_2ms) begincnt_2ms <= 6'd0;endelse begincnt_2ms <= cnt_2ms + 6'd1;endendelse begincnt_2ms <= cnt_2ms;end
endassign add_cnt_2ms = end_cnt_2us;assign end_cnt_2ms = add_cnt_2ms && cnt_2ms == MAX_2ms; always @(negedge rst_n or posedge clk) beginif (!rst_n) begincnt_2s <= 6'd0;endelse if (add_cnt_2s) beginif (end_cnt_2s) begincnt_2s <= 6'd0;endelse begincnt_2s <= cnt_2s + 6'd1;endendelse begincnt_2s <= cnt_2s;end
endassign add_cnt_2s = end_cnt_2ms;assign end_cnt_2s = add_cnt_2s && cnt_2s == MAX_2s; //每隔两秒，信号翻转，进入下一状态
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin if(!rst_n)beginflag <= 1'b0;end else if(end_cnt_2s)begin flag <= ~flag;//1s取反end else begin flag <= flag;end 
endalways @(negedge rst_n or posedge clk) beginif (!rst_n) beginbreath_led <= 4'b0000;end//状态一：从暗到亮else if (!flag)beginbreath_led <= (cnt_2s > cnt_2ms)?4'b1111:4'b0000;end//状态二：从亮到暗else if (flag) beginbreath_led <= (cnt_2s > cnt_2ms)?4'b0000:4'b1111;endelse beginbreath_led <= breath_led;end
end
endmodule

八、仿真代码

`timescale 1ns/1ns
module breath_led_tb ();
//激励信号reg clk;reg rst_n;
//响应信号wire  [3:0] breath_led;parameter CYCLE = 20;
//完整代码中的计数时间长，故在此重新赋予短时的参数，以便观察结果
parameter MAX_2us = 10;
parameter MAX_2ms = 20;
parameter MAX_2s  = 20;//产生时钟信号
always #(CYCLE/2) clk = ~clk;//产生激励
initial beginclk = 1'b0;rst_n = 1'b0;#(CYCLE);rst_n = 1'b1;#(2*(MAX_2us)*(MAX_2ms)*(MAX_2s)*CYCLE);//检测一个大周期：从暗到亮，从亮到暗$stop;
end
//实例化
breath_led #(.MAX_2us(MAX_2us),.MAX_2ms(MAX_2ms),.MAX_2s(MAX_2s)
)
u_breath_led(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.breath_led(breath_led)
);endmodule

九、板级验证效果